ccd成像系統(tǒng)性能參數(shù)評價-wenkub
2023-05-27 13:57:24 本頁面
【正文】 像系統(tǒng)的增益 CE gSS ?SC：以數(shù)字為單位表示的 CCD 信號； SE ：以電子為單位表示的 CCD收集的電荷信號，未知； NC： CCD 圖像中以數(shù)字為單位計量的總噪聲； NE： 以電子為單位計量的總噪聲，未知； g： 增益，單位為 e/ADU,該值待計算； ?RE ： 以電子為單位計量的 CCD 讀出噪聲，未知； ?SE ：在總噪聲 NE 中的霰粒噪聲 ?o ：圖像中的其它噪聲。 定義： 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的增益 CCD成像系統(tǒng)輸出的是數(shù)字，當輸出灰度分辯率10bits時，輸出是 0～ 1023中的一個數(shù)字。 數(shù)碼相機沖洗尺寸 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量 對應用于遙感的 CCD成像系統(tǒng)，盡管成像質(zhì)量的要求不盡相同。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像技術及其在遙感中的應用 第五章 CCD成像系統(tǒng)評價 郝志航 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 內(nèi)容 1. CCD成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量 2. CCD成像系統(tǒng)的 增益 3. CCD成像系統(tǒng)的光子傳遞曲線 4. CCD成像系統(tǒng)的 MTF 5. 小結 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量 CCD成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量主要取決于信號鏈路： 光學鏡頭、 CCD傳感器、預放器、 CDS、后臵放大器和 A/D轉換器。但是，有一些基本的要求是這些 CCD成像系統(tǒng)都應該滿足的。 CCD成像系統(tǒng)輸出這個數(shù)字時，它所代表的 CCD傳感器輸出的電子數(shù)是多少？ 定義 CCD成像系統(tǒng)的增益為 CCD傳感器輸出的電子數(shù)與此時 CCD成像系統(tǒng)輸出的數(shù)字量之比。 CE gNN ?中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的增益 2 2 21 ()C C RC OCNS g ??? ? ?當假定 (?RC2 ＋ ?OC2)為常數(shù)時，上式是一個線性方程， NC2 (總噪聲方差 )為因變量 (y 軸 ), SC (信號 )是自變量(x軸 ) ， 1/g為斜率， (?RC2＋ ?OC2)為截距。 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的增益 22 1RCCC SgN ???1. 在不同光照條件下獲取圖像，減去偏臵 (暗背景 )； 2. 計算每幅圖像指定區(qū)域的信號和噪聲，獲取信號平均值和噪聲的方差 ； 3. 以信號平均值作為自變量 x，噪聲的方差作為因變量 y，用最小二乘法計算線性方程的系數(shù) a和 b： y＝ ax＋ b 4. 系統(tǒng)增益 g 和讀出噪聲 ?RC 分別為： 當忽略其它噪聲的影響，即 ?OC2＝ 0時， bag RC ?? ? /1中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的增益 增益為： g＝ 1/ = e/ADU 讀出噪聲為： ??RC?y = +40 線性方程為： Nikon D70的系統(tǒng)增益測量曲線 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的增益 O C CkS? ?響應非均勻性的影響 一個像元的響應度比左面的像元低 1%，而比右面的像元低 3% ?？梢?，當信號相差 100倍時，標準差也相差 100倍。計算這兩幅圖像指定區(qū)域的信號平均值；計算這兩幅圖像指定區(qū)域差圖像的方差，除以 2獲得系統(tǒng)的噪聲方差。可以計算出更為穩(wěn)定和精確的系統(tǒng)增益。用它們舉例說明系統(tǒng)增益的測量。 C 2. 將 6幅偏臵圖像相加平均，隨機噪聲減小，突出了固定圖形噪聲 。 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的光子傳遞曲線 Photon Transfer Curve 利用在光子傳遞曲線中所收集的數(shù)據(jù)可以計算的系統(tǒng)參數(shù)： 1 系統(tǒng)增益 2 讀出噪聲 3 系統(tǒng)動態(tài)范圍 4 CCD滿阱電荷 5 系統(tǒng)非線性度 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的光子傳遞曲線 Photon Transfer Curve 系統(tǒng)動態(tài)范圍 CCD滿阱電荷 系統(tǒng)非線性度 DR = SC飽和 /σRC FW = SC飽和 g INL = (EMAX－ EMIN)/SC飽和 式中 SC飽和 是飽和時輸出的數(shù)字量； EMAX和 EMIN分別是系統(tǒng)輸出與擬合直線之間誤差的最大和最小值。下面給出寬視場相機 (WFC)發(fā)射前利用光子傳遞曲線方法測量的結果。 C。 對應四個放大器的系統(tǒng)噪聲，單位： e 放大器 Gain=1 Gain=2 Gain=4 A +/ +/ +/ B +/ +/ +/ C +/ +/ +/ D +/ +/ +/ 平均 +/ +/ +/ 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的光子傳遞曲線 增益 g=1 e/ADU 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的光子傳遞曲線 Photon Transfer Curve 增益 g=2 e/ADU 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的光子傳遞曲線 增益 g=4 e/ADU 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 CCD成像系統(tǒng)的 MTF CCD成像系統(tǒng)的 MTF與組成系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)有關。 h{ } f(t) g(t) 線性系統(tǒng)是單值映射系統(tǒng)，其定義為：假設二個輸入 f1(t)和 f2(t)的響應分別是 g1(t) 和 g2(t)，即： ? ? )()( 11 tgtfh ? ? ? )()(22 tgtfh ?? ? )()()()( 22112211 tgatgatfatfah ???則下式成立： 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 線性系統(tǒng)復習 ttttvtvtININ ?????? ?????)( )()(39。這些脈沖響應的和 (疊加 )產(chǎn)生輸出。)()(),(),(x yyxyyxxyxoyxo ??光學系統(tǒng)是二維空間函數(shù)，其輸入 (物面 )可以等效為無數(shù)小面元的組合。 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 線性系統(tǒng)復習 非相干照明、衍射受限、放大倍率為一的系統(tǒng)， 物面光強分布 i(x,y)和像面光強分布 o(x,y) 之間的關系為： o(x,y) = i(x′,y′)*h(x,y) 其中 h(x,y) 是光強 PSF。調(diào)制度 M是一個正弦信號相對于它的平均值的變化： 調(diào)制傳遞函數(shù) MTF： M I NMAXM I NMAXVVVVM???)()()(fMfMfM T FI N P U TO U T P U T?在這個意義上 MTF與放大器的幅頻響應是類似的。方波可以表示成無限的余弦序列。
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