CCD的主要性能指標課件

1、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標1CCD成像技術(shù)及其在遙感中的應用成像技術(shù)及其在遙感中的應用第三章 CCD的主要性能指標 郝志航中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標2內(nèi)容CCD的主要性能指標量子效率QE和響應度R暗電流和暗電流噪聲噪聲和信噪比動態(tài)范圍實例說明CCD性能指標測試標準小結(jié)中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標3CCD的主要性能指標 軌道高度(H) 地面像元分辨率(GSD) 系統(tǒng)靜態(tài)傳遞函數(shù)(MTFsys) 光譜波段(BW) 地面覆蓋寬度 最小太陽高角()時信噪比(SNR) 相機質(zhì)量(M) 相機功耗(P) 典型遙感相

2、機的主要性能要求典型遙感相機的組成：光學系統(tǒng)；光機結(jié)構(gòu)；CCD成像；熱控。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標4CCD的主要性能指標地面像元分辨力(MTFSYS)太陽高角(信噪比)地面覆蓋(視場角)質(zhì)量(f，F(xiàn))CCD光學系統(tǒng)熱控系統(tǒng)光機結(jié)構(gòu)中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標5CCD的主要性能指標 CCD的主要性能指標指的是對系統(tǒng)性能產(chǎn)生主要影響的指標。主要性能：量子效率QE（響應度R）、飽和曝光量SEE、傳遞函數(shù)(MTFCCD )、噪聲n、暗電流等。其它性能：像元尺寸、像元數(shù)、電荷轉(zhuǎn)移效率、響應非均勻性、環(huán)境適應能力等。CCD應用對CCD性能指標

3、的要求CCD生產(chǎn)廠家提供的CCD性能指標中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標6CCD的主要性能指標參數(shù)參數(shù)符號符號東芝東芝TCD1503TCD1503柯達柯達KLI2113KLI2113e2ve2vTH7834TH7834靈敏度靈敏度R R9 V/lx.s9 V/lx.s50V/J/cm50V/J/cm2 2650n650nmm32V/J/cm32V/J/cm2 2540n540nmm25V/J/cm25V/J/cm2 2460n460nmm5 5 V/V/ J/cmJ/cm2 2響應非均勻性響應非均勻性PRNUPRNU3%3%5%5%6%Vos6%Vos飽和輸出電壓飽和

4、輸出電壓VsatVsat2.0 V2.0 V2.02.03.0V3.0V電荷轉(zhuǎn)換因子電荷轉(zhuǎn)換因子CVFCVF11.5V/e-11.5V/e-6V/e-6V/e-飽和信號電荷飽和信號電荷Ne.saNe.sat t170k e-170k e-CCD廠家給出的性能指標形式中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標7CCD的主要性能指標參數(shù)參數(shù)符號符號東芝東芝TCD1503TCD1503柯達柯達KLI2113KLI2113e2ve2vTH7834TH7834暗信號電壓暗信號電壓V VDRKDRK1.0 mV1.0 mV100100 V/msV/ms暗電流暗電流IdarkIdark0.0

5、2 pA/pixel0.02 pA/pixel暗信號非均勻性暗信號非均勻性DSNUDSNU1.0 mV1.0 mV9090 V/msV/msNyquistNyquist頻率頻率對比傳遞函數(shù)對比傳遞函數(shù)500nm500nm600nm600nm700nm700nmCTFCTF75%75%62%62%47%47%總轉(zhuǎn)移效率總轉(zhuǎn)移效率9292電荷轉(zhuǎn)移效率電荷轉(zhuǎn)移效率CTECTE.99999.999990.9999980.999998動態(tài)范圍動態(tài)范圍DRDR2000 2000 76 dB76 dB10,00010,000隨機噪聲隨機噪聲NDND 0.6 mV0.6 mV300300 V V中國科學院長春

6、光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標8量子效率QE和響應度R 可以用量子效率計算響應度，響應度的單位是A/W或 。計算公式如下：hcqRAWA/hcARpe2/cmJe2/cmJe（31）(2-4)（32）(2-5)其中， 是電子電荷， 是量子效率， 是像元有效面積。式中 是CCD中常用的輻照量單位。輻照量的基本單位是 。qpA2/cmJ2/mJ中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標9量子效率QE和響應度R 在CCD工作過程的最后一步，將電子電荷轉(zhuǎn)換為電壓，電荷轉(zhuǎn)換因子CVF為：hcACVFRp2/cmJV其中， 是電子電荷， 是量子效率， 是像元有效面積，G為CC

7、D片內(nèi)放大倍數(shù)。 qpA/ eVCGqCVF與前式聯(lián)合可以得到電壓輸出的響應度R（33）（34）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標10一個行間轉(zhuǎn)移CCD器件的填充系數(shù)為50,像元面積是11.4m13.8m,電荷轉(zhuǎn)換因子CVF為6V/-。如果量子效率在0.6m是 0.8 計算以V/J/cm2為單位的響應度。Ap=7.8710-7cm2。常數(shù)hc是1.991025 J.m/photo。將數(shù)值代入3-4：67256-6104 .118 . 0)1087. 7(101.99106 . 0)106()6 . 0(mR計算結(jié)果單位為V/J/cm2 ，轉(zhuǎn)換為V/J/cm2 ，結(jié)果為：

8、2/ 4 .11)6 . 0(cmJVmR量子效率QE和響應度R 舉例cm2V/-mJ-m/photoV/J/cm2中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標11遙感相機CCD靶面上輻照量的計算：條件：無窮遠面發(fā)光目標，發(fā)光目標為朗伯體，發(fā)光強度與方向無關(guān)，輻出度為M0(W/m2)。相機入瞳處輻亮度L為：其中a為大氣透過率量子效率QE和響應度R)/( 200msrWMLa（35）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標12量子效率QE和響應度R遙感相機CCD靶面輻照度 為：CCD靶面輻照量為：)/( /42200mWFLEoptics)/( 2int00mJt

9、EH式中optics為光學系統(tǒng)透過率，F(xiàn)為相對孔徑，tint為CCD積分時間。（37）（36）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標13量子效率QE和響應度R有些CCD的響應度是以光度參數(shù)給出的，如R的單位是V/lx.s。當以光度參數(shù)給出響應度時，需要指定光源的色溫。有時需要進行輻射度參數(shù)與光度參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。思考題：如何進行以V/lx.s和V/J.m2兩種響應度單位的轉(zhuǎn)換？光源色溫指定為2856K。參考資料: 1光電技術(shù)王慶有主編，電子工業(yè)出版社2005年2 CCD Arrays Cameras and Displays By Gerald C. Holst SPIE P

10、ress 1998中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標14暗電流和暗電流噪聲暗電流對CCD成像的影響：降低了動態(tài)范圍；1增加了CCD噪聲。 inttDnedark暗電流噪聲與其他熱噪聲一樣，其概率密度分布為Poisson分布。積分時間為tint時，暗電流電子數(shù)暗電流噪聲分別和為：inttDnedarkdark（310）（311）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標15暗電流和暗電流噪聲在不同暗電流密度(nA/cm2)下，暗電流(e-/sec/pixel)與溫度(C)的關(guān)系曲線。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標16暗電流和暗電

11、流噪聲為了將暗電流降低一倍，工作溫度25C時, 需要將溫度降低 8C ；-50C時, 需要降低 4.8C ；而 -100C 時，只需降低2.9C。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標17暗電流和暗電流噪聲TI公司TC271在27時，Jdc100 pA/cm2 ；陣列溫度每增加78，暗電流密度增加一倍。 溫度溫度暗電流密度暗電流密度pA/ cmpA/ cm2 211百分數(shù)百分數(shù)變化變化加倍的加倍的溫度溫度6060113611366.66.610. 810. 840402762767.77.79.59.5202055.855.88.98.98.48.40 09.029.021

12、0.210.27.27.2-20-201.111.1111.911.96.26.2-40-409.589.5810102 214.114.15.35.3-60-605.335.3310103 317.017.04.44.4-80-801.661.6610104 420.920.93.63.6中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標18暗電流和暗電流噪聲CCD的暗電流在說明書中通常以以下三種方式給出：1）一定時間內(nèi)的暗信號電子數(shù)；2）一定時間內(nèi)暗信號的電壓值；3）暗電流密度。單位時間暗信號電子數(shù)的公式：其中，Jdc為暗電流密度，T是絕對溫度，Eg是帶隙。（38）)2/(5 .

13、115105 . 2kTEdcsegeTJADTTEg110810021. 711557. 124（39）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標19暗電流和暗電流噪聲舉例CCD像元尺寸為12 m x 12m， 300K 時暗電流密度10 pA/cm2 ，求出該CCD在 -10C (263K), -50C (223K) 和 -100C (173K)時的暗電流由(3-9)計算Eg263K時， Eg = 1.120278 eV 223K時， Eg = 1.129468 eV173K時， Eg = 1.139296 eV再用(38)計算De263K時，De = 2.911 e/pi

14、xel/s223K時， De = 2.123 x 10-2 e/pixel/s173K時， D e= 2.149 x 10-6 e/pixel/s中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標20噪聲和信噪比 光電響應模型21int)()(nDSVVdtERVnDSVVtERVint光譜范圍12的CCD輸出電壓VS其中，VD和Vn分別為暗電流和噪聲，R()為光譜響應度，E ()為光譜輻照度；當利用平均光譜參數(shù)時，（312）（313）（37）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標21噪聲和信噪比噪聲的類型隨機噪聲（Random Noise):時空域上隨機變化，只能

15、用統(tǒng)計特性描述；圖形噪聲（Pattern Noise):時域上不變，空域上變化。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標22噪聲和信噪比理想輸出信號光子霰粒噪聲暗電流噪聲復位噪聲中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標23噪聲和信噪比放大器白噪聲放大器1/f噪聲量化噪聲中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標24噪聲和信噪比 隨機噪聲只考慮CCD芯片內(nèi) 霰粒噪聲 shot 復位噪聲 reset 暗電流噪聲 dark 放大器噪聲 a中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標25噪聲和信噪比霰粒噪聲（Shot Noise) 霰粒

16、噪聲是與入射光子數(shù)隨機變化有關(guān)的噪聲，在給定時間內(nèi)入射光子數(shù)服從帕松（Poisson)分布，霰粒噪聲的均方根值（以電子數(shù)計） S為信號電子數(shù)。 暗電流噪聲（ndark為暗電流電子數(shù)）Sshotdarkdarkn314315中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標26噪聲和信噪比 熱噪聲熱噪聲是白噪聲；電阻R上熱噪聲的均方根電壓k: 波爾茨曼常數(shù)，T:絕對溫度，B:帶寬kTBRVR4中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標27噪聲和信噪比 噪聲等效帶寬（NEB）0220)(1dffAABRCRCB41212中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能

17、指標28噪聲和信噪比 復位噪聲qkTCreset/中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標29噪聲和信噪比 輸出放大器噪聲白噪聲（White Noise)：輸出放大器電阻的熱噪聲aWCVFkTBRaaW/4閃爍噪聲（Flicker Noise) (1/f 噪聲）af316中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標30噪聲和信噪比 總隨機噪聲總的隨機噪聲包括霰粒噪聲、暗電流噪聲、復位噪聲和輸出放大器噪聲。22/4/afadarkrCVFkTBRqkTCnS22222afaWresetdarkshotr2readdarkrnS317319318一般將復位噪聲和輸出

18、放大器噪聲稱為讀出噪聲read，上式改寫為：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標31噪聲和信噪比 信噪比通常計算CCD信噪比時，只考慮時域上的隨機噪聲。因為空間分布的圖形噪聲是可以補償?shù)?。為了嚴格起見，我們還是將這樣計算的信噪比標注為SNRr，計算公式為：2/readdarkrnSSSNR2/readdarkBrnSSSSNR有時，對目標成像是在光照背景下完成的，背景信號為SB，計算公式應做如下修改：320321中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標32噪聲和信噪比圖形噪聲（ Pattern Noise) 固定圖形噪聲（FPN) 無照明時，像元與像元之

19、間輸出的變化，主要為各像元之間暗電流的差別。 噪聲性質(zhì)：相加，可以補償。 響應非均勻性（PRNU) 有照明時，像元與像元之間輸出的變化，主要為各像元之間響應度的差別。將PRNU (U)定義為響應度差的均方根值除以平均值 。 噪聲性質(zhì)：相乘，可以補償。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標33噪聲和信噪比圖形噪聲（Pattern Noise)考慮固定圖形噪聲(FPN)和響應非均勻性(PRNU)時的系統(tǒng)噪聲為：22PRNUreaddarksysnSSUPRNU22)(SUnSreaddarksys222PRNUFPNreaddarksysnS當忽略固定圖形噪聲(FPN)而只考慮

20、響應非均勻性(PRNU)時的系統(tǒng)噪聲為：由于所以：322323324中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標34噪聲和信噪比信噪比極限CCD可以達到的最大信噪比光信號越強，信噪比越大，這時可以忽略讀出噪聲和暗電流噪聲。當只考慮隨機噪聲時，總噪聲和信噪比為：2)(SUSsysSr當考慮響應非均勻性(PRNU)時的系統(tǒng)噪聲和信噪比為：滿阱電荷和響應非均勻性是最大信噪比的限制。325326327SSSNRrr/21/USSSSNRsyssys中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標35噪聲和信噪比探測極限光信號非常弱時，信噪比很?。缓雎园惦娏髟肼晻r，當只考慮隨機噪

21、聲時，總噪聲和信噪比為：readreadr2SNRr等于一的曝光量稱為等效噪聲曝光量NEE。這時可以忽略響應非均勻性的影響。實際上，這時是不能忽略暗電流噪聲的。讀出噪聲和暗電流決定CCD的探測限制。328329readrSSNR/2/readdarksyssysnSSSNR中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標36噪聲和信噪比 提高信噪比的方法為了提高信噪比必須降低噪聲： 復位噪聲和放大器噪聲 相關(guān)雙采樣技術(shù) 暗電流噪聲 制冷 固定圖形噪聲(FPN) 補償(必須預先測量) 響應非均勻性(PRNU) 補償(必須預先測量) 光子霰粒噪聲 不能降低和補償，是信噪比的限制 （滿阱電

22、荷影響）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標37噪聲和信噪比 提高信噪比的方法 相關(guān)雙采樣可以抑制復位噪聲和放大器1/f 噪聲。CCD輸出采樣脈沖輸出嵌位脈沖？中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標38動態(tài)范圍動態(tài)范圍是一個描述CCD能夠探測最小光能量和最大光能量比例的性能參數(shù)，在許多應用中是很重要的。最小光能量CCD能探測的最小光能量應該是其輸出信噪比大于或等于1的光能量，定義使CCD輸出信噪比等于1的光能量為等效噪聲曝光量NEE最大光能量CCD能探測的最大光能量是CCD的飽和曝光量SEE動態(tài)范圍DR：NEESEEDR/330中國科學院長春光學精密機

23、械與物理研究所CCD的主要性能指標39動態(tài)范圍動態(tài)范圍也可以用滿阱電荷和讀出噪聲電子數(shù)來計算滿阱電荷nwell可以表示CCD探測最大信號能力，讀出噪聲電子數(shù)read可以表示CCD探測最小信號能力。動態(tài)范圍DR：readdarkwellnnDR/ )(有的廠家將動態(tài)范圍定義為飽和電壓與暗信號之比，不是很合理。331中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標40像元尺寸和像元數(shù)像元尺寸和像元數(shù)是決定系統(tǒng)視場角和分辯率的重要參數(shù)，在某種程度上也是決定系統(tǒng)體積和重量的決定性因素。像元尺寸a的大小直接影響光學系統(tǒng)的設(shè)計，因為它確定了系統(tǒng)的Nyquist頻率fN ：)/( 2/1mmlpa

24、fN324中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標41像元尺寸和像元數(shù)Nyquist頻率越高，光學系統(tǒng)的設(shè)計、加工和裝調(diào)就越困難。一般高級膠片相機，如Nikon相機在Nyquist頻率小于或等于50lp/mm時具有較好的成像質(zhì)量。像元尺寸a (m) 2.557.51015fN (lp/mm)200100 66.75033.3中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標42CCD主要性能指標 TCD1503D舉例舉例像元數(shù)：5000，像元尺寸： 7m 7 m啞像元(Dummy Pixels)和暗信號參考像元中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標

25、43CCD主要性能指標 TCD1503D舉例舉例CHARACTERISTICSYMBOLMINTYP.MAXUNIT NOTESensitivityR7.29 10.8V / lxsPhoto Response Non UniformityPRNU310 %(Note 2)PRNU (3)410mV(Note 8)Saturation Output VoltageVSAT1.5 2.0 V(Note 3)Saturation ExposureSE 0.14 0.22lxs(Note 4)Dark Signal VoltageVDRK1.02.5mV(Note 5)Dark Signal Non

26、 UniformityDSNU1.02.5mV(Note 5)DC Power DissipationPD 350400mWTotal Transfer EfficiencyTTE92 %Output ImpedanceZo 0.21kDynamic Range DR 2000(Note 6 )DC Signal Output VoltageVOS1 4.05.5 7.0V(Note 7)VOS2 4.05.57.0V(Note 7)DC Differential Error Voltage|VOS1VOS2|300mVRandom NoiseND 0.6 mV(Note 9)中國科學院長春光

27、學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標44CCD主要性能指標TCD1503D舉例舉例%100 / xxPRNU測試條件：Ta = 25C, VOD = 12 V, V = VSH = VRS = VCP = 5 V (脈沖), f = 1 MHz, tINT = 10 ms, 光源：日光型熒光燈, 負載電阻 = 1.00 k。注2: 在50%飽和曝光量 (典型值)處測量PRNU的定義 : 是信號平均值， 是最大偏差（通道1）在 2500 像元模式(通道2)工作時, 測試條件同上。注3: VSAT 定義為所有有效像元最小的飽和輸出電壓。 注 4:飽和曝光量 SE的定義 :)( /slxRVS

28、ESAT中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標45CCD主要性能指標 TCD1503D舉例舉例CHARACTERISTICSYMBOLMINTYP.MAXUNIT NOTESensitivityR7.29 10.8V / lxsPhoto Response Non UniformityPRNU310 %(Note 2)PRNU (3)410mV(Note 8)Saturation Output VoltageVSAT1.5 2.0 V(Note 3)Saturation ExposureSE 0.14 0.22lxs(Note 4)Dark Signal VoltageVD

29、RK1.02.5mV(Note 5)Dark Signal Non UniformityDSNU1.02.5mV(Note 5)DC Power DissipationPD 350400mWTotal Transfer EfficiencyTTE92 %Output ImpedanceZo 0.21kDynamic Range DR 2000(Note 6 )DC Signal Output VoltageVOS1 4.05.5 7.0V(Note 7)VOS2 4.05.57.0V(Note 7)DC Differential Error Voltage|VOS1VOS2|300mVRand

30、om NoiseND 0.6 mV(Note 9)中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標46CCD主要性能指標TCD1503D舉例舉例 /DRKSATVVDR 注5: VDRK 定義為所有有效像元暗信號電壓的平均值。DSNU定義為VDRK 與 VMDK 的差值， VMDK是暗信號電壓最大值。注 6: 動態(tài)范圍 DR定義 : VDRK 與積分時間 tINT 成比例，短積分時間 有可能增大DR。注 7: DC 信號輸出電壓和 DC 補償輸出電壓定義為右圖注8: PRNU (3) 定義為在 5% SE (典型值)條件下，相鄰像元間最大信號電壓差。中國科學院長春光學精密機械與物理研

31、究所CCD的主要性能指標47CCD主要性能指標 TCD1503D舉例舉例CHARACTERISTICSYMBOLMINTYP.MAXUNIT NOTESensitivityR7.29 10.8V / lxsPhoto Response Non UniformityPRNU310 %(Note 2)PRNU (3)410mV(Note 8)Saturation Output VoltageVSAT1.5 2.0 V(Note 3)Saturation ExposureSE 0.14 0.22lxs(Note 4)Dark Signal VoltageVDRK1.02.5mV(Note 5)Dar

32、k Signal Non UniformityDSNU1.02.5mV(Note 5)DC Power DissipationPD 350400mWTotal Transfer EfficiencyTTE92 %Output ImpedanceZo 0.21kDynamic Range DR 2000(Note 6 )DC Signal Output VoltageVOS1 4.05.5 7.0V(Note 7)VOS2 4.05.57.0V(Note 7)DC Differential Error Voltage|VOS1VOS2|300mVRandom NoiseND 0.6 mV(Not

33、e 9)中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標48CCD主要性能指標 TCD1503D舉例舉例注 9: 隨機噪聲定義為無照明條件下兩個相鄰有效像元之間信號差值的標準方差() 。計算過程如下：一次讀出的兩個像元 (n 和 n + 1) 確定作為測量點； 每次輸出時，取 200 ns內(nèi)平均作為 Vn和Vn + 1；用 Vn 減去 Vn + 1得到V： V Vn Vn + 1；4）重復讀出30次并作2)和3)步，計算標準方差() 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標49CCD主要性能指標 TCD1503D5) 重復2)、 3) 和 4)步 10 次得到 10

34、 個值6）利用上述方法計算的 值是實際隨機噪聲的 倍 ，最后隨機噪聲為：2中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標50噪聲和信噪比 噪聲的測量以2048像元線陣列CCD為例說明試驗設(shè)備：積分球被試設(shè)備：線陣CCD相機中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標51噪聲和信噪比 線陣列CCD噪聲測量 亮場條件下測量，獲取200行圖像數(shù)據(jù)g(i,j)，i=12048，j=1200，總噪聲 為:sys20481220012200120481),(2001),(2001inisysjinijigjigjigg像元 i 200次平均值像元 i 噪聲總噪聲中國科學院長春光學

35、精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標52噪聲和信噪比 線陣列CCD固定圖形噪聲測量 暗場條件下測量，獲取200行圖像數(shù)據(jù)g(i,j)，i=12048，j=1200，固定圖形噪聲 為 FPN2001204812048211( ,)200120481()2048D ijDD iiFPND iDiVg ijVVVV像元i暗電流平均值暗電流總平均值中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標53噪聲和信噪比 線陣列CCD暗電流噪聲測量 暗場條件下測量，獲取200行圖像數(shù)據(jù)g(i,j)，i=12048，j=1200，暗電流噪聲 為dark2048120012),(20482001ijD

36、idarkVjig中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標54噪聲和信噪比線陣列CCD響應非均勻性測量 通過改變?nèi)肷涔鈴姸葟妮敵?0%到80%飽和輸出測量8組圖像數(shù)據(jù)，每組500行。對每組數(shù)據(jù)計算信號輸出平均值：5001),(5001jDimmiVjigg)20481( igmi 差的峰峰值或均方差表示響應度的非均勻性。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標55噪聲和信噪比線陣列CCD響應非均勻性測量中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標56噪聲和信噪比線陣列CCD響應非均勻性測量中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指

37、標57線陣列CCD響應線性度測量 通過改變?nèi)肷涔鈴姸葟妮敵?0%到80%飽和輸出測量8組圖像數(shù)據(jù)，每組200行。同時紀錄光亮度監(jiān)視輸出數(shù)據(jù) ，對每組數(shù)據(jù)計算信號輸出平均值（m=18)： 利用最小二乘法計算，計算線性擬和的殘差。2001),(2001jDimmiVjiggRmDbDRgRmimi中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標58響應線性度測量00.511.522.5050100150200250239.623.214Y1Y22.2980.29X中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標59CCD性能指標測試標準國內(nèi)尚沒有完整的測試標準, 準備推出一份通

38、用規(guī)范。歐洲歐空局(ESA)于1993年提出一個CCD測試規(guī)范：Electro-Optical Test Methods for Charge Coupled DevicesESA/SCC Basic Specification No. 2500中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標60CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介整個規(guī)范分為六部分：1 范圍2 引用文件（空）3 術(shù)語、定義、縮略語、符號和單位4 測試設(shè)備5 電氣測試方法（包含5項測試）6 光電測試方法（包含29項測試）中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標61CCD性能指標

39、測試標準ESA/SCC No. 2500簡介第三部分中定義了CCD輸出波形CCD輸出的行頭寄存器暗電流(寄存器光敏元)暗電流(寄存器光敏元)暗電流+光電信號Vs:信號電壓輸出輸出CCDCDS中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標62CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介CCD輸出的行尾Vs:信號電壓寄存器暗電流寄存器暗電流+行轉(zhuǎn)移殘留信號CCD輸出CDS輸出中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標63CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介理想CCD輸出中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標64CC

40、D性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介第五和第六部分的測試方法中，每項測試包括的內(nèi)容：測試參數(shù)名稱1 該參數(shù)定義2 測試原理3 測試條件下面介紹光電測試方法中的第4項(隨機噪聲)，17項(響應度)和19項(量子效率)。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標65CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介6.4 隨機噪聲(Temporal Noise)6.4.1 定義CCD輸出中的隨機噪聲有以下來源：(1) CCD輸出放大器噪聲(2)復位噪聲(3)霰粒噪聲（包括光電信號和暗電流）(4) CCD片外電路噪聲以及時鐘和偏置引線干 擾引入的噪聲假定噪聲

41、(4) 在總噪聲中占的比例很小，總噪聲是其它3項的均方根值。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標66CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介6.4.2 測試原理(1) 器件處于正常工作狀態(tài)，詳細記錄CCD負載以及測試放大器增益等數(shù)據(jù)；中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標67CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介6.4.2 測試原理(2) 獲取一個像元的N次連續(xù)測量數(shù)據(jù)Xi，噪聲m為：其中G為片外增益，N至少應該為1000。如有必要，可以對一組具有相同噪聲的像元進行測量平均測量像元是啞像元，如使用有效像元，應考慮暗電流影響。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所CCD的主要性能指標68CCD性能指標測試標準ESA/SCC No. 2500簡介6.4.2 測試原理(3) 當相鄰(一行或一列)像元的噪聲不相關(guān)時，可以采用如下方法測量m：連續(xù)對同一列或同一行進行兩次測量，獲數(shù)