一种电荷耦合器件的暗电流测量方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电荷耦合器件的暗电流测量方法、系统及装置，包括控制电荷耦合器件工作于全帧转移模式并采集图像；对采集的图像进行处理，提取所述图像中的电荷

【技术实现步骤摘要】
一种电荷耦合器件的暗电流测量方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及电荷耦合器件
，特别是涉及一种电荷耦合器件的暗电流测量方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]暗电流表征为电荷耦合器件(也即CCD)在无光照条件下输出电流大小，暗电流是CCD的一个重要参数，在某些特殊场合，需要测量暗电流大小，以用于CCD数据的校正，从而获得更加准确的数据结果。传统的CCD的暗电流测试方法通常通过调节帧积分时间至t1，得到一幅图像，调节帧积分时间至t2，得到另一幅图像，利用两幅图像及积分时间差计算暗电流。
[0003]现有方法在测量暗电流是，需要至少存储并计算两个积分时间下的两帧图像，当暗信号较小时，需要提高积分时间，导致测试时间较长，对温度控制系统要求较高，需要在较长的时间内保持温度稳定，在科学级应用场合中，当CCD工作温度较低、暗电流较小时，较长的积分时间严重影响了测试速度；同时，对控温系统要求较高，且只能获取两个积分时间下的暗信号响应率数据，数据集有限，无法快速、准确的计算得到暗电流。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电荷耦合器件的暗电流测量方法、系统及装置，以解决现有技术中暗电流的计算环境要求严苛、测试时间长以及测试准确度低的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术其中一技术方案提供一种电荷耦合器件的暗电流测量方法，包括以下步骤：
[0006]S1：控制电荷耦合器件工作于全帧转移模式并采集图像；
[0007]S2：对采集的图像进行处理，提取所述图像中的电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率；
[0008]S3：根据所述电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率计算所述电荷耦合器件的暗电流。
[0009]进一步的，在步骤S1中，所述电荷耦合器件在工作于一能够调节电荷耦合器件的工作温度的暗室内，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0010]S11：将电荷耦合器件置于暗室内，将暗室内的温度调节至预设温度，并控制电荷耦合器件工作在全帧转移模式；
[0011]S12：按照预设驱动时序调节行周期至电荷耦合器件成像正常并记录行周期，根据所述行周期分别确定各行暗信号积分时间，待图像正常采集后随机提取一帧图像。
[0012]进一步的，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0013]S21：获取所述图像中每一像素的像素值，分别计算每行图像的像素平均值及噪声电压，根据所述像素平均值及噪声电压拟合光子转移曲线并得到电荷
‑
电压转换因子；
[0014]S22：获取所述图像中每行图像的暗信号积分时间，根据所述暗信号积分时间以及每行像素的像素平均值拟合暗信号与积分时间的关系曲线得到积分时间下的暗信号响应率。
[0015]进一步的，在步骤S21中，拟合所述光子转移曲线的具体方法为：
[0016]根据所述图像各像素的像素值，分别计算每行像素的像素平均值以及每行像素的噪声电压，以所述像素平均值为横坐标、噪声电压的平方为纵坐标，采用最小二乘法拟合得到所述光子转移曲线，并计算所述光子转移曲线的截距和斜率，得到电荷
‑
电压转换因子：
[0017][0018]其中：S
v
为电荷
‑
电压转换因子，i为像素行，i＝1,2,...,M，M为一帧图像中总的像素行数量，为各行图像的像素平均值S
i
的平均值，为各像素噪声电压的平方的平均值。
[0019]进一步的，在步骤S21中，所述平均像素值的计算公式为：
[0020][0021]其中：S
i
为各行图像的像素平均值，i为像素行，i＝1,2,...,M，M为一帧图像中总的像素行数量，p
j
为各行中第j个像素的像素值，j＝1,2,...,N，N每行像素中包含的总像素数量。
[0022]进一步的，在步骤S21中，所述噪声电压的计算公式为：
[0023][0024]其中：σ
i
为各行图像的噪声电压，S
i
为各行图像的像素平均值，i为像素行，i＝1,2,...,M，M为一帧图像中总的像素行数量，p
j
为各行中第j个像素的像素值，j＝1,2,...,N，N每行像素中包含的总像素数量。
[0025]进一步的，在步骤S22中，拟合所述暗信号与积分时间的关系曲线的具体方法为：
[0026]根据电荷耦合器件的行周期分别获取每一行暗信号积分时间，以每行暗信号积分时间为横坐标、每行像素的像素平均值为纵坐标，采用最小二乘法拟合得到暗信号与积分时间的关系曲线，并计算所述暗信号与积分时间的关系曲线的截距和斜率，得到积分时间下的暗信号响应率：
[0027][0028]其中：J为积分时间下的暗信号响应率，i为像素行，i＝1,2,...,M，M为一帧图像中总的像素行数量，为各行图像的暗信号积分时间T
i
的平均值，为各行图像的像素平均值S
i
的平均值。
[0029]进一步的，在步骤S3中，所述暗电流的计算公式为：
[0030]I
dark
＝JS
v
；
[0031]其中：I
dark
为电荷耦合器件得到暗电流，S
v
为电荷
‑
电压转换因子，J为积分时间下的暗信号响应率。
[0032]为解决上述技术问题，本专利技术的另一技术方案提供一种电荷耦合器件的暗电流测量系统，包括：
[0033]图像采集模块，用于控制电荷耦合器件工作于全帧转移模式并采集图像；
[0034]图像处理模块，用于对采集的图像进行处理，提取所述图像中的电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率；以及
[0035]计算模块，用于根据所述电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率计算所述电荷耦合器件的暗电流。
[0036]为解决上述技术问题，本专利技术的又一技术方案提供一种电荷耦合器件的暗电流测量装置，包括：
[0037]温控模块，用于调节电荷耦合器件的工作温度；
[0038]驱动及控制模块，用于驱动并控制所述电荷耦合器件工作于全帧转移模式以及温控模块进行温度调节；以及
[0039]处理器，用于获取电荷耦合器件采集的图像并对所述图像进行处理，计算每行像素的像素平均值和噪声电压并获取每行图像的暗信号积分时间，根据所述像素平均值、噪声电压以及暗信号积分时间提取该图像的电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率并根据所述所述电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率计算电荷耦合器件的暗电流。
[0040]本专利技术通过控制电荷耦合器件工作在全帧转移模式，通过设置驱动时序调节行周期并配合快速清空及暗信号转移读出时序，随机获取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷耦合器件的暗电流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：控制电荷耦合器件工作于全帧转移模式并采集图像；S2：对采集的图像进行处理，提取所述图像中的电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率；S3：根据所述电荷
‑
电压转换因子和积分时间下的暗信号响应率计算所述电荷耦合器件的暗电流。2.根据权利要求1所述的电荷耦合器件的暗电流测量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述电荷耦合器件在工作于一能够调节电荷耦合器件的工作温度的暗室内，所述步骤S1包括以下子步骤：S11：将电荷耦合器件置于暗室内，将暗室内的温度调节至预设温度，并控制电荷耦合器件工作在全帧转移模式；S12：按照预设驱动时序调节行周期至电荷耦合器件成像正常并记录行周期，根据所述行周期分别确定各行暗信号积分时间，待图像正常采集后随机提取一帧图像。3.根据权利要求2所述的电荷耦合器件的暗电流测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S21：获取所述图像中每一像素的像素值，分别计算每行图像的像素平均值及噪声电压，根据所述像素平均值及噪声电压拟合光子转移曲线并得到电荷
‑
电压转换因子；S22：获取所述图像中每行图像的暗信号积分时间，根据所述暗信号积分时间以及每行像素的像素平均值拟合暗信号与积分时间的关系曲线得到积分时间下的暗信号响应率。4.根据权利要求3所述的电荷耦合器件的暗电流测量方法，其特征在于，在步骤S21中，拟合所述光子转移曲线的具体方法为：根据所述图像各像素的像素值，分别计算每行像素的像素平均值以及每行像素的噪声电压，以所述像素平均值为横坐标、噪声电压的平方为纵坐标，采用最小二乘法拟合得到所述光子转移曲线，并计算所述光子转移曲线的截距和斜率，得到电荷
‑
电压转换因子：其中：S
v
为电荷
‑
电压转换因子，i为像素行，i＝1,2,...,M，M为一帧图像中总的像素行数量，为各行图像的像素平均值S
i
的平均值，为各像素噪声电压的平方的平均值。5.根据权利要求3所述的电荷耦合器件的暗电流测量方法，其特征在于，在步骤S21中，所述平均像素值的计算公式为：其中：S
i
为各行图像的像素平均值，i为像素行，i＝1,2,...,M，M为一帧图像中总的像素行数量，p
j
为各行中第j个像素的像素值，j＝1,2,...,N，N每行像素中包含的总像素数量。6.根据权利要求3所述的电荷耦合器件的暗电流测量方法，其特征在于，在步骤S21中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何达，易学东，张建华，尹俊，吴石琳，姚昕，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：