测量CCD芯片暗电流和双倍温度常数的方法

摘要

本发明公开了一种测量CCD芯片暗电流和双倍温度常数的方法。其实现步骤为：将CCD芯片置于杜瓦瓶温控室当中，该温控室密封不透光，设置参考温度使CCD芯片工作于该温度下；再通过控制电路控制CCD芯片拍摄图像信息，上传至计算机；计算所得图像的平均灰度值；然后使用图像的灰度平均值和相应积分时间做拟合曲线，求出暗电流；最后通过测量多个不过温度条件下的暗电流，求出双倍温度常数。本发明具有参数测量精度高、稳定性好的优点，适用于CCD芯片暗电流和双倍温度常数的精确测量。

权利要求

1.一种测量CCD芯片暗电流和双倍温度常数的方法，包括如下步骤：

1）将待测CCD芯片放置在杜瓦甁温控室当中，杜瓦瓶温控室密封不透光，使CCD芯片处于一个无光照的环境中，将CCD芯片与控制电路对应接口相连，该控制电路用于控制CCD芯片成像；

2）通过CCD芯片自带的电子快门调整CCD芯片的积分时间，控制CCD芯片的曝光量来进行图像拍摄；

3）选取温度参数调节杜瓦瓶温控室，使CCD芯片处在一个80K到常温的恒定温度下工作，设温度为Tref；

4）选取至少50个等间隔分布的积分时间（t1，t2，t3…，tX），其中X为实际选取的积分时间数目，使用这些积分时间调节CCD芯片的曝光量，对每一个积分时间，拍摄不少于5张图像；

5）对于选取的每一个积分时间ti，i∈1,2,3,...,X，抽取拍摄图像序列中间位置的1张图像，求图像的平均灰度值μi；

6）对X个坐标（ti，μi/K），进行线性拟合，得到一条直线，求出该直线的斜率，即为暗电流μI，其中K为系统增益，i∈1,2,3,...,X；

7）选取Y个等间隔分布的CCD芯片工作温度（T1，T2，T3…，TY），用这些积分时间分别设置CCD芯片的工作温度，对于每一个工作温度Ti，i∈1,2,3,...,Y，测量其对应暗电流μI，Y为所选取的CCD芯片工作温度的数目；

8）由每一个工作温度Ti对应一个暗电流μI，构造Y个坐标点（log2μI，Ti-Tref），并对这Y个坐标点进行线性拟合得到一条直线，求得该直线斜率a，计算双倍温度常数 Y为所选取的CCD芯片工作温度的数目，Tref为参考温度。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其中步骤2）所述的通过CCD芯片自带的电子快门调整CCD芯片的积分时间，控制CCD芯片的曝光量，是在拍摄时，首先通过控制电路控制CCD芯片的电子快门打开，同时控制电路开始计时，当计时到达指定的积分时间时，控制电路控制CCD芯片的电子快门关闭，最后控制电路从CCD芯片中读出图像信息上传至计算机当中。

说明书

测量CCD芯片暗电流和双倍温度常数的方法

[0001] 本发明属于测量技术领域，具体涉及对CCD芯片暗电流和双倍温度常数的测量，用于CCD芯片的研制、评估及筛选。

背景技术

[0002] 在CCD芯片的研制和应用当中，由于加工和测量技术的限制，导致CCD芯片的实际暗电流、双倍温度常数和厂商给出的测量值具有一定的差异，而在一些关键应用领域，需要定量了解CCD芯片的实际性能参数，从而对采集到得数据进行合理的校正，得到更准确的数据。因此，有必要提出一种方法来有效的测量CCD芯片的暗电流和双倍温度常数，通过这两个性能参数，对CCD输出数据进行处理，得到更切合实际的数据。

[0003] 传统的测量CCD芯片参数的系统由于没有温控设备，导致无法测量CCD芯片的暗电流和双倍温度常数，从而无法评估CCD芯片的噪声和温度的相关程度，使用户在芯片筛选上没有与温度相关的参数可供参考，同时也不利于用户对CCD芯片的使用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对上述问题，提出一种测量CCD芯片暗电流和双倍温度常数的方法，通过使用杜瓦瓶温控室调节CCD芯片的工作温度，实现对CCD芯片暗电流和双倍温度常数的测量，为用户提供详细的与温度相关的性能参数，从而指导用户对CCD芯片的筛选和使用。

[0005] 为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：

[0006] 1)将待测CCD芯片放置在杜瓦瓶温控室当中，杜瓦瓶温控室密封不透光，使CCD芯片处于一个无光照的环境中，将CCD芯片与控制电路对应接口相连，该控制电路用于控制CCD芯片成像；

[0007] 2)通过CCD芯片自带的电子快门调整CCD芯片的积分时间，控制CCD芯片的曝光量来进行图像拍摄；

[0008] 3)选取温度参数调节杜瓦瓶温控室，使CCD芯片处在一个80K到常温的恒定温度下工作，设温度为Tref；

[0009] 4)选取至少50个等间隔分布的积分时间(t1，t2，t3...，tX)，其中X为实际选取的积分时间数目，使用这些积分时间调节CCD芯片的曝光量，对每一个积分时间，拍摄不少于5张图像；

[0010] 5)对于选取的每一个积分时间ti，i∈1，2，3，...，X，抽取拍摄图像序列中间位置的1张图像，求图像的平均灰度值μi；

[0011] 6)对X个坐标(ti，μi/K)，进行线性拟合，得到一条直线，求出该直线的斜率，即为暗电流μI，其中K为系统增益，i∈1，2，3，...，X；

[0012] 7)选取Y个等间隔分布的CCD芯片工作温度(T1，T2，T3...，TY)，用这些积分时间分别设置CCD芯片的工作温度，对于每一个工作温度Ti，i∈1，2，3，...，Y，测量其对应暗电流μIi，Y为所选取的CCD芯片工作温度的数目；

[0013] 8)由每一个工作温度Ti对应一个暗电流μIi，构造Y个坐标点(log2μIi，Ti-Tref)，并对这Y个对标点进行线性拟合得到一条直线，求得该直线斜率a，计算双倍温度常数Y为所选取的CCD芯片工作温度的数目，Tref为参考温度。

[0014] 本发明具有如下优点：

[0015] 1)本发明由于采用杜瓦瓶进行温度控制，实现了与温度相关暗电流和双倍温度常数两个参数的测量。

[0016] 2)本发明对于双倍温度常数和暗电流参数采用线性拟合的方式进行计算，能够排除单次测量所造成的随机误差。

[0017] 3)本发明选取的数据采用拍摄多张，选取中间图像的方法，很好的排除了成像系统的误差，提高了测量参数的精度。

附图说明

[0018] 图1是本发明所用到的硬件采集系统框图；

[0019] 图2是本发明测量CCD芯片暗电流μI和双倍温度常数Td的流程图。

具体实施方式

[0020] CCD芯片是一种广泛使用的成像器件，大量应用于天文学、航空航天、生物和医学研究、分子动力学、光谱学、水下摄影、X射线检测等许多领域，为此对CCD芯片的性能参数进行评估是至关重要的。目前，对CCD芯片进行评估主要包括：

[0021] 量子效率η：CCD在波长λ照射下产生的光电子数和入射光子数之比，该参数表征了CCD芯片对特定波长单色光的响应能力。

[0022] 响应度参数R：CCD在给定波长单色光照明下，信号电压与曝光量之比。该参数从总体上描述了CCD量子效率和系统增益。

[0023] 饱和度μp.sat：CCD达到饱和时能接收的光子数。

[0024] 系统增益K：系统像元产生的电子数与灰度值之比。

[0025] 暗噪声 与CCD芯片读出电路相关的噪声总和。

[0026] 信噪比SNR：光子产生的信号和噪声信号之间的比值。

[0027] 绝对灵敏度阈值μp.min：信噪比等于1时所需平均光子数。

[0028] 动态范围DR：饱和度于绝对灵敏度阈值的比值。

[0029] 非线性度误差LE：CCD芯片的输出信号与入射光信号之间偏离线性关系的误差。

[0030] 暗信号非均匀性DSNU：CCD芯片在无光照下各像素输出灰度值的标准差与其均值之比。

[0031] 光子响应非均匀性PRNU：CCD芯片在50％饱和曝光条件下，各像元输出灰度值的标准差与均值之比。

[0032] 暗电流μI：CCD芯片在无光照情况下得输出电流大小。

[0033] 双倍温度常数Td：在无光照情况下，暗电流增加到参考温度出暗电流值的一倍时对应的温度。

[0034] 本发明主要是对上述中的参数暗电流μI和双倍温度常数Td进行测量。

[0035] 以下将结合附图，清楚、完整地描述本发明对参数暗电流μI和双倍温度常数Td的完整测量流程。

[0036] 参照图1，本发明所用整个系统包括杜瓦瓶温控室、CCD芯片、控制电路和计算机。CCD芯片安放在密封的杜瓦瓶温控室中，其工作温度可由杜瓦瓶温控室控制，CCD芯片由控制电路驱动成像，并将CCD芯片的输出信息上传到计算机上，计算机根据图像信息计算出待测CCD芯片的性能参数。对于不同的测量参数，通过调节杜瓦瓶温控室的工作温度，采集相应的图像信息，再根据与参数相关的特定的步骤计算出测量参数。

[0037] 参照图2，本发明测量CCD芯片暗电流μI和双倍温度常数Td的方法，包括如下步骤：

[0038] 步骤一、将待测CCD芯片放置在杜瓦瓶温控室当中，杜瓦瓶温控室密封不透光，使CCD芯片处于一个无光照的环境中，将CCD芯片与驱动电路对应接口相连，该驱动电路用于控制CCD芯片成像和调节杜瓦瓶温控室的工作温度，杜瓦瓶温控室的温度即为CCD芯片的工作温度。

[0039] 步骤二、通过CCD芯片自带的电子快门调整CCD芯片的积分时间，控制CCD芯片的曝光量，拍摄图像时，首先通过控制电路控制CCD芯片的电子快门打开，同时控制电路开始计时，当计时到达指定的积分时间时，控制电路控制CCD芯片的电子快门关闭，最后控制电路从CCD芯片中读出图像信息上传至计算机当中。

[0040] 步骤三、选取温度参数调节杜瓦瓶温控系统，使CCD芯片处在一个80K到常温的恒定温度下工作，设温度为Tref。

[0041] 步骤四、选取至少50个等间隔分布的积分时间(t1，t2，t3...，tX)，其中X为实际选取的积分时间数目，使用这些积分时间调节CCD芯片的曝光量，对每一个积分时间，拍摄不少于5张图像，所有拍摄的图像均通过控制电路上传至计算机当中。

[0042] 步骤五、对于选取的每一个积分时间ti，i∈1，2，3，...，X，抽取拍摄图像序列中间位置的1张图像，求图像的平均灰度值μi。

[0043] 步骤六、对X个坐标(ti，μi)，i∈1，2，3，，X，进行线性拟合，得到一条直线，求出该直线的斜率，即为暗电流μI。

[0044] 步骤七、选取Y个等间隔分布的CCD芯片工作温度(T1，T2，T3...，TY)，用这些积分时间分别设置CCD芯片的工作温度，对于每一个工作温度Ti，i∈1，2，3，...，Y，测量其对应暗电流μIi，Y为所选取的CCD芯片工作温度的数目。

[0045] 步骤八、由每一个工作温度Ti对应一个暗电流μIi，构造Y个坐标点(log2μIi，Ti-Tref)，并对这Y个对标点进行线性拟合得到一条直线，求得该直线斜率a，计算双倍温度常数 Y为所选取的CCD芯片工作温度的数目，Tref为参考温度。

[0046] 以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。