搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

模拟增益对电荷耦合器件信噪比与动态范围影响的实验研究

王德江 匡海鹏

引用本文:
Citation:

模拟增益对电荷耦合器件信噪比与动态范围影响的实验研究

王德江, 匡海鹏

Experimental study of the effects on signal noise ratio and dynamic range caused by analog gain for CCD

Wang De-Jiang, Kuang Hai-Peng
PDF
导出引用
  • 电荷耦合器件(CCD)是遥感成像系统的核心部件,为了在低照度、低量化位数的情况下获得高信噪比与大动态范围的遥感图像,首先根据CCD的结构与噪声物理性质给出了模拟增益、量化位数与CCD信噪比的关系,接着搭建了CCD的积分球标定系统,依据实验数据建立了散粒噪声、光子响应非均匀性噪声以及基底噪声的数学模型,然后着重分析了低照度情况下模拟增益与信噪比之间的关系,最后搭建了实际成像系统,获取了低照度情况下不同模拟增益系数的遥感图像.结果表明理论分析、实验室积分球标定数据与实际成像图像符合良好,即模拟增益提高1至2倍
    Charge coupled device (CCD) is a key component in a remote sensing system. In order to obtain high signal-to-noise ratio (SNR) and dynamic range in low illumination and quantization circumstance, first, according to CCD architecture and noise physical characteristics, relationship between analog gain quantization step and CCD SNR is proposed; next, integrating sphere calibration system is established, shot noise, photo response nonuniformity and noise floor model are also built, and the next relationship between analog gain and SNR in low illumination condition is analyzed thoroughly; finally, the practical photographing system is built, and remote images in different gain parameters are acquired. Theoretical analysis, experimental calibration, and practical images all indicate that when analog gain is increased by one to two times, the SNR is improved greatly and dynamic range is acceptable.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)(批准号:2006AA06A208)资助的课题.
    [1]

    Wang Z J, Tang B Q, Xiao Z G, Liu M B, Huang S Y, Zhang Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 4136 (in Chinese) [王祖君、唐本奇、肖志刚、刘敏波、黄绍艳、张 勇 2010 物理学报 59 4136]

    [2]

    Du H D, Huang S X, Shi H Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 7685 (in Chinese) [杜华栋、黄思训、石汉青 2008 物理学报 57 4136]

    [3]

    Zhang C M, Huang W J, Zhang B C 2010 Acta Phys. Sin. 59 5479 (in Chinese) [张淳民、黄伟健、赵葆常 2010 物理学报 59 5479]

    [4]

    Holst G C 2008 Electro-Optical Imaging System Performance (Bellingham: SPIE Optical Engineering Press) p57

    [5]

    Holst G C 2007 CMOS/CCD Sensors and Camera Systems (Bellingham: SPIE Optical Engineering Press) p178

    [6]

    Healey G E, Kondepudy R 1994 IEEE trans. Pattern Anal. Mach. Intel. 16 267

    [7]

    Irie K, McKinnon A E, Unsworth K, Woodhead I M 2008 IEEE Trans. Circuits and Systems for Video Technology. 18 280

    [8]

    Chen L, Zhang X, Lin J, Sha D 2009 Opt. Laser Technol. 41 574

    [9]

    Yang B X 2005 Spacecraft Recovery & Remote Sensing 26 22 (in Chinese)[杨秉新 2005 航天返回与遥感 26 22]

    [10]

    Hu J, Wang D 2009 Opt. Precision Eng. 8 1819 (in Chinese) [胡 君、王 栋 2009 光学精密工程 8 1819]

    [11]

    Ma T B, Guo Y F, Li Y F 2010 Opt. Precision Eng. 18 2028 (in Chinese) [马天波、郭永飞、李云飞 2010 光学精密工程 18 2028]

    [12]

    Steven L S 1999 Opt. Eng. 38 821

    [13]

    Robert D F, Theodore T 2001 Opt. Eng. 40 574

    [14]

    Robert D F 1999 Opt. Eng. 38 1229

    [15]

    Robert D F, Theodore T, Jason R C, James A M 2002 Opt. Eng. 41 1957

    [16]

    Robert D F, Theodore T 1999 Opt. Eng. 38 815

    [17]

    Zarco-Tejada P J, Berni J A, Suarez L 2009 Remote Sens. Environ.113 1262

    [18]

    Tominaga. Shoji, Tanaka Norihiro 2008 J. Electron Imaging. 17 43022

    [19]

    Olivier Romain, Thomas Ea, Patrick Garda 2007 Opt. Eng. 26 103202

  • [1]

    Wang Z J, Tang B Q, Xiao Z G, Liu M B, Huang S Y, Zhang Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 4136 (in Chinese) [王祖君、唐本奇、肖志刚、刘敏波、黄绍艳、张 勇 2010 物理学报 59 4136]

    [2]

    Du H D, Huang S X, Shi H Q 2008 Acta Phys. Sin. 57 7685 (in Chinese) [杜华栋、黄思训、石汉青 2008 物理学报 57 4136]

    [3]

    Zhang C M, Huang W J, Zhang B C 2010 Acta Phys. Sin. 59 5479 (in Chinese) [张淳民、黄伟健、赵葆常 2010 物理学报 59 5479]

    [4]

    Holst G C 2008 Electro-Optical Imaging System Performance (Bellingham: SPIE Optical Engineering Press) p57

    [5]

    Holst G C 2007 CMOS/CCD Sensors and Camera Systems (Bellingham: SPIE Optical Engineering Press) p178

    [6]

    Healey G E, Kondepudy R 1994 IEEE trans. Pattern Anal. Mach. Intel. 16 267

    [7]

    Irie K, McKinnon A E, Unsworth K, Woodhead I M 2008 IEEE Trans. Circuits and Systems for Video Technology. 18 280

    [8]

    Chen L, Zhang X, Lin J, Sha D 2009 Opt. Laser Technol. 41 574

    [9]

    Yang B X 2005 Spacecraft Recovery & Remote Sensing 26 22 (in Chinese)[杨秉新 2005 航天返回与遥感 26 22]

    [10]

    Hu J, Wang D 2009 Opt. Precision Eng. 8 1819 (in Chinese) [胡 君、王 栋 2009 光学精密工程 8 1819]

    [11]

    Ma T B, Guo Y F, Li Y F 2010 Opt. Precision Eng. 18 2028 (in Chinese) [马天波、郭永飞、李云飞 2010 光学精密工程 18 2028]

    [12]

    Steven L S 1999 Opt. Eng. 38 821

    [13]

    Robert D F, Theodore T 2001 Opt. Eng. 40 574

    [14]

    Robert D F 1999 Opt. Eng. 38 1229

    [15]

    Robert D F, Theodore T, Jason R C, James A M 2002 Opt. Eng. 41 1957

    [16]

    Robert D F, Theodore T 1999 Opt. Eng. 38 815

    [17]

    Zarco-Tejada P J, Berni J A, Suarez L 2009 Remote Sens. Environ.113 1262

    [18]

    Tominaga. Shoji, Tanaka Norihiro 2008 J. Electron Imaging. 17 43022

    [19]

    Olivier Romain, Thomas Ea, Patrick Garda 2007 Opt. Eng. 26 103202

  • [1] 王烨花, 何美娟. 高斯色噪声激励下非对称双稳耦合网络系统的随机共振. 物理学报, 2022, 71(19): 190501. doi: 10.7498/aps.71.20220909
    [2] 史平, 马健, 钱轩, 姬扬, 李伟. 铷原子气体自旋噪声谱测量的信噪比分析. 物理学报, 2017, 66(1): 017201. doi: 10.7498/aps.66.017201
    [3] 曾骏哲, 李豫东, 文林, 何承发, 郭旗, 汪波, 玛丽娅, 魏莹, 王海娇, 武大猷, 王帆, 周航. 质子与中子辐照对电荷耦合器件暗信号参数的影响及其效应分析. 物理学报, 2015, 64(19): 194208. doi: 10.7498/aps.64.194208
    [4] 文林, 李豫东, 郭旗, 任迪远, 汪波, 玛丽娅. 质子辐照导致科学级电荷耦合器件电离效应和位移效应分析. 物理学报, 2015, 64(2): 024220. doi: 10.7498/aps.64.024220
    [5] 曾骏哲, 何承发, 李豫东, 郭旗, 文林, 汪波, 玛丽娅, 王海娇. 电荷耦合器件在质子辐照下的粒子输运仿真与效应分析. 物理学报, 2015, 64(11): 114214. doi: 10.7498/aps.64.114214
    [6] 刘雪峰, 姚旭日, 李明飞, 俞文凯, 陈希浩, 孙志斌, 吴令安, 翟光杰. 强度涨落在热光鬼成像中的作用. 物理学报, 2013, 62(18): 184205. doi: 10.7498/aps.62.184205
    [7] 张宣妮, 张淳民, 艾晶晶. 四分束风成像偏振干涉仪信噪比的研究. 物理学报, 2013, 62(3): 030701. doi: 10.7498/aps.62.030701
    [8] 曾冰, 曾曙光, 张彬, 孙年春, 隋展. 提升啁啾脉冲激光信噪比的扫描滤波方法. 物理学报, 2012, 61(15): 154209. doi: 10.7498/aps.61.154209
    [9] 杨明, 李香莲, 吴大进. 单模激光系统随机共振的模拟研究. 物理学报, 2012, 61(16): 160502. doi: 10.7498/aps.61.160502
    [10] 张二峰, 戴宏毅. 光的偏振对热光关联成像的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 064209. doi: 10.7498/aps.60.064209
    [11] 张淳民, 黃伟健, 赵葆常. 新型偏振干涉成像光谱仪噪声分析与评价. 物理学报, 2010, 59(8): 5479-5486. doi: 10.7498/aps.59.5479
    [12] 王祖军, 唐本奇, 肖志刚, 刘敏波, 黄绍艳, 张勇. 质子辐照电荷耦合器件诱导电荷转移效率退化的实验分析. 物理学报, 2010, 59(6): 4136-4142. doi: 10.7498/aps.59.4136
    [13] 周丙常, 徐 伟. 关联噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振. 物理学报, 2008, 57(4): 2035-2040. doi: 10.7498/aps.57.2035
    [14] 郝建红, 孙志华, 许海波. 干扰信号对两种混沌加密系统的影响及分析. 物理学报, 2007, 56(12): 6857-6864. doi: 10.7498/aps.56.6857
    [15] 董小娟. 含关联噪声与时滞项的非对称双稳系统的随机共振. 物理学报, 2007, 56(10): 5618-5622. doi: 10.7498/aps.56.5618
    [16] 周丙常, 徐 伟. 周期混合信号和噪声联合激励下的非对称双稳系统的随机共振. 物理学报, 2007, 56(10): 5623-5628. doi: 10.7498/aps.56.5623
    [17] 宁丽娟, 徐 伟. 光学双稳系统中的随机共振. 物理学报, 2007, 56(4): 1944-1947. doi: 10.7498/aps.56.1944
    [18] 袁志林, 张淳民, 赵葆常. 新型偏振干涉成像光谱仪信噪比研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6413-6419. doi: 10.7498/aps.56.6413
    [19] 李 月, 路 鹏, 杨宝俊, 赵雪平. 用一类特定的双耦合Duffing振子系统检测强色噪声背景中的周期信号. 物理学报, 2006, 55(4): 1672-1677. doi: 10.7498/aps.55.1672
    [20] 徐 伟, 靳艳飞, 徐 猛, 李 伟. 偏置信号调制下色关联噪声驱动的线性系统的随机共振. 物理学报, 2005, 54(11): 5027-5033. doi: 10.7498/aps.54.5027
计量
  • 文章访问数:  8913
  • PDF下载量:  831
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-07-31
  • 修回日期:  2010-11-05
  • 刊出日期:  2011-07-15

/

返回文章
返回