一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法及测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种辐射效应测试方法及测试系统，具体涉及一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法及测试系统，解决现有的大部分测试方法及测试系统均采用离线测量，无法反映真实运行状态下的待测CMOS图像传感器的饱和暗信号的技术问题。该粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试系统，包括辐射源、控制器、处理器、支架、依次设置于支架上的辐照板、CMOS图像传感器插座；辐照板与CMOS图像传感器插座电连接；CMOS图像传感器插座用于安装待测CMOS图像传感器；待测CMOS图像传感器位于辐射源的出射光路上；辐照板与控制器、处理器依次电连接；辐射源用于诱发待测CMOS图像传感器产生辐照损伤效应，导致待测CMOS图像传感器暗信号发生变化。导致待测CMOS图像传感器暗信号发生变化。导致待测CMOS图像传感器暗信号发生变化。

【技术实现步骤摘要】
一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法及测试系统


[0001]本专利技术涉及一种辐射效应测试方法及测试系统，具体涉及一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法及测试系统。

技术介绍

[0002]待测CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)是一种采用CMOS工艺，将图像传感器的光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的固态成像器件，在图像采集与信号处理方面具有独特的优势。因其具有低功耗、低成本、高集成度、高稳定性和可靠性、空间抗辐射能力强等优点，所以逐渐取代CCD，被广泛应用于遥感成像、星敏感器和太阳敏感器等卫星图像采集处理方面。
[0003]工作在空间辐射环境中的待测CMOS图像传感器，均会受到质子、电子和重离子等的辐射损伤，严重时甚至导致待测CMOS图像传感器功能失效，对航天器成像系统在轨正常运行与效能发挥及辐射环境中的呈现监测系统构成严重威胁。
[0004]辐射损伤包括电离损伤和位移效应，两者都会导致待测CMOS图像传感器暗信号的退化，影响待测CMOS图像传感器的性能。因此研究待测CMOS图像传感器饱和暗信号是待测CMOS图像传感器性能考核的重要敏感参数之一。为了解和分析待测CMOS图像传感器在辐照后饱和暗信号的值，通常在地面对待测CMOS图像传感器进行辐射效应实验模拟，但现有的大部分测试方法及测试系统均采用离线测量，无法反映真实运行状态下的待测CMOS图像传感器的饱和暗信号。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有的大部分测试方法及测试系统均采用离线测量，无法反映真实运行状态下的待测CMOS图像传感器的饱和暗信号的技术问题，而提供一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法及测试系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]1)试验前准备
[0009]安装待测CMOS图像传感器，并使待测CMOS图像传感器完全工作在暗场环境下；
[0010]2)获取辐照后暗场图像
[0011]2.1、设置待测CMOS图像传感器的曝光时间，在不同曝光时间下对待测CMOS图像传感器进行辐照，当达到待测CMOS图像传感器累积剂量点时，停止辐照，开始采集不同曝光时间下待测CMOS图像传感器辐照后数据，获得辐照后暗场图像；
[0012]2.2、计算辐照后暗场图像中每帧图像的平均暗信号，得到辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线；
[0013]3)获得辐照后暗场图像的饱和暗信号
[0014]判断辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线的暗信号是否达到饱和；
[0015]若未达到饱和，则重新设置待测CMOS图像传感器的曝光时间，返回步骤2.1；
[0016]若达到饱和，则得到该曝光时间下对应的暗信号，作为饱和暗信号。
[0017]进一步地，步骤3中，所述暗信号是否达到饱和具体为：
[0018]若辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线随着曝光时间的增加，平均暗信号逐渐增加，则未达到饱和；若一定曝光时间后，平均暗信号不再随曝光时间的增加而增加，则该时曝光时间对应的平均暗信号即为饱和暗信号。
[0019]进一步地，步骤1)中还包括：设置待测CMOS图像传感器的曝光时间，开始采集不同曝光时间下待测CMOS图像传感器辐照前数据，获得不同曝光时间下辐照前暗场图像；计算辐照前暗场图像中每帧图像的平均暗信号，得到辐照前平均暗信号随曝光时间的变化曲线；
[0020]步骤3)中还包括：对比辐照前平均暗信号随曝光时间的变化曲线和辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线，获得辐照对待测CMOS图像传感器的平均暗信号影响，用于分析待测CMOS图像传感器的损伤原因。
[0021]进一步地，步骤1中，使待测CMOS图像传感器完全工作在暗场环境下具体为：
[0022]将待测CMOS图像传感器感光面擦拭干净，将遮光纸贴在待测CMOS图像传感器表面，使待测CMOS图像传感器完全工作在暗场环境下；
[0023]步骤4.3中，暗信号的范围为22
‑
255。
[0024]同时，本专利技术还提供了一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试系统，用于实现上述的一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法，其特殊之处在于：包括设置于辐射场内的辐射源、控制器、支架、依次设置于支架上的辐照板、CMOS图像传感器插座，以及设置于辐射场外的处理器；
[0025]辐照板与CMOS图像传感器插座电连接；CMOS图像传感器插座用于安装待测CMOS图像传感器，且待测CMOS图像传感器位于辐射源的出射光路上；
[0026]辐照板与控制器、处理器依次电连接；
[0027]辐射源用于诱发待测CMOS图像传感器产生辐照损伤效应，导致待测CMOS图像传感器暗信号发生变化；
[0028]控制器用于为待测CMOS图像传感器提供驱动信号及时钟信号配置到待测CMOS图像传感器的寄存器中，，并采集待测CMOS图像传感器输出的暗场图像；
[0029]处理器用于实现控制器驱动程序的配置，更改待测CMOS图像传感器内部寄存器参数，实现曝光时间的设置，同时接收并处理待测CMOS图像传感器的暗场图像。
[0030]进一步地，所述控制器包括依次连接的采集单元与传输单元；
[0031]采集单元与辐照板电连接，用于采集待测CMOS图像传感器的暗场图像；
[0032]传输单元与处理器连接，用于将待测CMOS图像传感器的暗场图像输送至处理器。
[0033]进一步地，所述采集单元包括FPGA主控模块、与FPGA主控模块依次连接的ARM从控模块与DDR3数据缓存模块；
[0034]FPGA主控模块与辐照板连接；
[0035]ARM从控模块与传输单元连接；
[0036]FPGA主控模块用于产生待测CMOS图像传感器正常工作所需的驱动信号和时钟信号，完成待测CMOS图像传感器的寄存器和时钟的配置；
[0037]ARM从控模块用于产生DDR3数据缓存模块的初始化及配置时序、数据读写操作相应的时序，控制DDR3数据缓存模块完成暗场图像的缓冲。
[0038]进一步地，所述传输单元包括USB传输芯片和以太网芯片；
[0039]USB传输芯片和以太网芯片均与ARM从控模块连接；
[0040]USB传输芯片通过USB mini接口与处理器连接，实现近距离暗场图像的传输；或者，以太网芯片通过以太网口与处理器连接，实现远距离暗场图像的传输。
[0041]进一步地，所述时钟信号为一对差分时钟信号。
[0042]进一步地，所述FPGA主控模块与CMOS图像传感器插座之间、USB传输芯片与ARM从控模块之间均通过传输接插件连接。
[0043]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：1)试验前准备安装待测CMOS图像传感器，并使待测CMOS图像传感器完全工作在暗场环境下；2)获取辐照后暗场图像2.1、设置待测CMOS图像传感器的曝光时间，在不同曝光时间下对待测CMOS图像传感器进行辐照，当达到待测CMOS图像传感器累积剂量点时，停止辐照，开始采集不同曝光时间下待测CMOS图像传感器辐照后数据，获得辐照后暗场图像；2.2、计算辐照后暗场图像中每帧图像的平均暗信号，得到辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线；3)获得辐照后暗场图像的饱和暗信号判断辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线的暗信号是否达到饱和；若未达到饱和，则重新设置待测CMOS图像传感器的曝光时间，返回步骤2.1；若达到饱和，则得到该曝光时间下对应的暗信号，作为饱和暗信号。2.根据权利要求1所述的一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法，其特征在于，步骤3)中，所述暗信号是否达到饱和具体为：若辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线随着曝光时间的增加，平均暗信号逐渐增加，则未达到饱和；若一定曝光时间后，平均暗信号不再随曝光时间的增加而增加，则该时曝光时间对应的平均暗信号即为饱和暗信号。3.根据权利要求2所述的一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法，其特征在于，步骤1)中还包括：设置待测CMOS图像传感器的曝光时间，开始采集不同曝光时间下待测CMOS图像传感器辐照前数据，获得不同曝光时间下辐照前暗场图像；计算辐照前暗场图像中每帧图像的平均暗信号，得到辐照前平均暗信号随曝光时间的变化曲线；步骤3)中还包括：对比辐照前平均暗信号随曝光时间的变化曲线和辐照后平均暗信号随曝光时间的变化曲线，获得辐照对待测CMOS图像传感器的平均暗信号影响，用于分析待测CMOS图像传感器的损伤原因。4.根据权利要求3所述的一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法，其特征在于：步骤1中，使待测CMOS图像传感器完全工作在暗场环境下具体为：将待测CMOS图像传感器感光面擦拭干净，将遮光纸贴在待测CMOS图像传感器表面，使待测CMOS图像传感器完全工作在暗场环境下；步骤4.3中，所述暗信号的范围为22
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255。5.一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试系统，用于实现权利要求1
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4任一所述的一种粒子辐照CIS后饱和暗信号的测试方法，其特征在于：包括设置于辐射场内的辐射源(4)、控制器(6)、支架(3)、依次设置于支架(3)上的辐照板(2)、CMOS图像传感器插座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祖军，聂栩，黄港，赖善坤，薛院院，何宝平，马武英，盛江坤，缑石龙，姚志斌，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：