半导体光电传感器暗电流的校正方法和系统技术方案

本发明专利技术的一种半导体光电传感器暗电流的校正方法和系统，是在现有的理论基础上，根据实验结果和理论推导提出的一种更加准确且适用于实际操作的暗电流校正方法。该方法主要包括：采集半导体光电传感器暗场响应数据；拟合半导体光电传感器的像元暗场响应与温度、曝光时间之间的映射关系；根据传感器温度与曝光时间计算当前像元暗场响应灰度值；当前像元实际光响应灰度值减去当前像元的暗场响应灰度值，得到的差为当前像元校正后的光响应灰度值。本发明专利技术不需要制冷技术支持，降低了相机的成本；相比于现有的校正方法极大地节省了计算量，减轻了硬件的计算负担，提高了效率，且校正效果较好。较好。较好。

【技术实现步骤摘要】
半导体光电传感器暗电流的校正方法和系统


[0001]本专利技术涉及半导体光电传感器的暗电流领域，特别涉及一种半导体光电传感器的暗电流校正方法。

技术介绍

[0002]暗电流是指在没有光照射的情况下，半导体中受热激励产生的自由载流子在外加电压的驱动下，形成的较小电流。暗电流越小，探测器的性能越好。
[0003]在欧洲机器视觉协会制定的关于图像传感器和相机的一套性能表征标准：EMVA1288标准中，暗电流并不是一个固定值，由于暗信号的一部分源于热生电子的贡献，因此暗信号会随着曝光时间的增加而线性增长：
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（1）上式中是在没有光照情况下生成的电子数，是常数，则被定义为暗电流，为曝光时间。进一步地，暗电流又与温度具有以下关系：
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（2）上式中为常数，该值指出了引起暗电流加倍的温度间隔，即暗电流加倍温差。是参考温度，是在参考温度下的暗电流大小。
[0004]根据上述的现有技术，已知暗信号随曝光时间线性变化，在只考虑曝光时间时为常数，但其与温度之间存在一定的变化关系，目前暂不清楚与温度之间具体关系。另外暗场响应存在随温度变化的非线性关系，不同温度下校正系数不一样。故现有技术的做法是每个温度下单独存储校正系数，这样做虽然可以实现暗电流的校正，但会导致存储量过大而降低校正的效率。
[0005]现有技术中，为了解决半导体光电传感器的暗电流校正问题，也会采用公式（1）对半导体光电传感器的暗场响应进行拟合，由于大部分的光电传感器采用公式（1）中简单的线性校正即可，故可以用拟合的方式将暗场响应与温度、曝光时间之间的映射关系储存起来，在进行暗电流校正时只需要读取这种映射关系即可进行校正。这种方法相较上述的每个温度下单独存储校正系数极大地节省了计算量，且速度更快，但其缺点是过分依赖于公式（1）中的映射关系，这种映射关系在传统的CCD传感器或者CMOS传感器中能够很好地应用，但对于短波红外半导体光电传感器则适用性较差。短波红外相机的性能高度依赖传感器，其中主流红外焦平面探测器是InGaAs传感器。其中阻碍InGaAs焦平面传感器广泛应用
的一个重要因素就是传感器暗电流过大且不均匀性较强，以及暗电流随温度非线性变化，体现在图像上就是暗场环境下图像存在较强的条纹噪声（线阵相机）或颗粒噪声（面阵相机）。如果不对暗电流加以校正，会导致红外图像存在强条纹噪声或颗粒噪声，影响后续图像处理任务。为了保证短波红外相机成像质量，需要对红外相机暗场响应进行校正，消除暗场响应不均匀性。通过图像校正方法进行暗电流校正时，传统的CCD相机或者CMOS相机暗电流校正采用简单的线性校正即可，即公式（1）和公式（2）。InGaAs传感器暗电流和温度存在复杂非线性关系，则难以适用。
[0006]现有技术的另一种解决方式是采用制冷技术将传感器温度控制在低温范围，因为温度越低，传感器暗电流越小，且制冷技术可以将传感器温度波动控制在很窄的范围内，校正系数只用考虑某一确定温度范围即可，校正难度小，代价是制冷技术增加了相机功耗，相机整体体积增大且制造成本增加。
[0007]综上所述，现有技术的主要不足如下：（1）若每个温度下单独存储校正系数，会导致存储量过大而降低校正的效率。
[0008]（2）对于特殊的半导体光电传感器如InGaAs传感器，现有的拟合方法暂未揭示半导体光电传感器的像元暗场响应随温度和曝光时间之间的映射关系。
[0009]（3）采用制冷技术将传感器温度控制在低温范围，制冷技术增加了相机功耗，相机整体体积增大且制造成本增加。

技术实现思路

[0010]本专利技术提出的一种半导体光电传感器暗电流的校正方法和系统，可至少解决上述技术问题之一。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种半导体光电传感器暗电流的校正方法，包括：半导体光电传感器工作时，记录传感器温度temp，曝光时间T以及当前像元的位置p，代入下列映射关系中：
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(5)其中为位置为p的像元暗场响应灰度值，A、B、C、D、E为已知的校正系数，计算后得到当前像元暗场响应灰度值；当前像元的实际光响应灰度值减去当前像元的暗场响应灰度值，得到的差为当前像元校正后的光响应灰度值。
[0012]进一步地，所述映射关系由以下步骤得到：半导体光电传感器在暗场中获取不同温度temp，不同曝光时间T的图像，得到图像上不同位置p的像元暗场响应灰度值；使用公式（5）拟合每个位置上的像元暗场响应灰度值与温度、曝光时间之间的映射关系：计算得到每个像元对应的校正系数A、B、C、D、E的值。
[0013]进一步地，所述方法还包括：对获取到的图像上所有像元进行所述暗电流校正，得到暗电流校正后的图像；或
对每一个获取到的像元进行实时暗电流校正，直接得到暗电流校正后的图像。
[0014]进一步地，在暗场中获取不同温度temp，不同曝光时间T的图像，得到图像上不同位置p的像元暗场响应灰度值，包括：将相机放置于温度可调的温室箱内，使半导体光电传感器在不同温度temp的暗场下工作；所述不同曝光时间T至少为2档不同的曝光时间。
[0015]进一步地，上述半导体光电传感器为InGaAs传感器。
[0016]另一方面，基于同样的专利技术构思，本专利技术还提出了一种半导体光电传感器暗电流校正系统，其特征在于，包括：校正系数储存模块，用于储存上述的每个位置上的像元的暗场灰度响应值与温度、曝光时间之间的映射关系，包括每个像元对应的校正系数A、B、C、D、E的值；工作参数获取模块，用于获取半导体光电传感器工作时的温度temp，曝光时间T以及当前像元的位置p；图像暗场校正模块，具有实时校正和非实时校正两种模式，所述实时校正模式为：使用上述的校正方法，对每一个获取到的像元进行实时暗电流校正，得到暗电流校正后的图像；所述非实时校正模式为：先获取到未校正的图像，然后使用上述的校正方法，对所述未校正的图像的所有像元进行暗电流校正，得到暗电流校正后的图像。
[0017]进一步地，还包括：校正系数拟合模块，用于执行上述的映射关系获取步骤，得到每个像元对应的校正系数A、B、C、D、E的值。
[0018]进一步地，还包括：校正判断模块，当所述图像暗场校正模块执行非实时校正模式时，用于判断获取的每一张图像是否需要进行暗电流校正，若需要则进行校正，若不需要则跳过本专利技术的有益效果如下：（1）本专利技术采用的暗场响应拟合方法比经典公式准确度更高，特别适用于InGaAs传感器的暗场响应拟合；（2）不需要制冷技术支持，降低了相机的制造成本，减小了相机的体积；（3）相比于现有的校正方法极大地节省了计算量，减轻了硬件的计算负担，提高了效率，且校正效果较好。
附图说明
[0019]图1是本专利技术一种半导体光电传感器暗电流校正方法流程图；图2是本专利技术拟合的值与温度之间关系的效果图；图3是本专利技术采用公式（2）拟合暗电流与温度之间关系的效果图；图4是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体光电传感器暗电流的校正方法，其特征在于，包括：半导体光电传感器工作时，记录传感器温度temp，曝光时间T以及当前像元的位置p，代入下列映射关系中：
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(5)其中为位置为p的像元暗场响应灰度值，A、B、C、D、E为已知的校正系数，计算后得到当前像元暗场响应灰度值；当前像元的实际光响应灰度值减去当前像元的暗场响应灰度值，得到的差为当前像元校正后的光响应灰度值。2.根据权利要求1所述的半导体光电传感器暗电流的校正方法，其特征在于，所述映射关系由以下步骤得到：半导体光电传感器在暗场中获取不同温度temp，不同曝光时间T的图像，得到图像上不同位置p的像元暗场响应灰度值；使用公式（5）拟合每个位置上的像元暗场响应灰度值与温度、曝光时间之间的映射关系；计算得到每个像元对应的校正系数A、B、C、D、E的值。3.根据权利要求2所述的半导体光电传感器暗电流的校正方法，其特征在于，所述方法还包括：对获取到的图像上所有像元进行所述暗电流校正，得到暗电流校正后的图像；或对每一个获取到的像元进行实时暗电流校正，直接得到暗电流校正后的图像。4.根据权利要求2所述的半导体光电传感器暗电流的校正方法，其特征在于，在暗场中获取不同温度temp，不同曝光时间T的图像，得到图像上不同位置p的像元暗场响应灰度值，包括：将相机放置于温度可调的温室箱内，使半导体光电传感器在不同温度temp的暗场下...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷亚祥，邵云峰，张光宇，曹桂平，董宁，
申请(专利权)人：合肥埃科光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：