碲镉汞红外焦平面调制传递函数表征方法研究

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1、博士学位论文碲镉汞红外焦平面调制传递函数表征方法研究作者姓名:张瞳指导教师:林春研究员陈洪雷正高工中科院上海技术物理研究所学位类别:理学博士学科专业:微电子学与固体电子学培养单位:中科院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：

2、日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指

3、导教师签名：日期：年月日StudyonmodulationtransferfunctioncharacterizationmethodsofHgCdTeinfraredfocalplaneByTongZhangADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyInthefieldofelectronicscienc

4、eandtechnologyShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsJune,2018摘要摘要红外探测器调制传递函数(ModulationTransferFunction，MTF)是连接器件制备与整机应用的关键参数。其本质是信号频率分量经过光电成像系统后在截止空间频率范围内的衰减程度，能够真实的反映出红外探测器空间分辨率和成像质量。MTF已经逐渐成为衡量红外探测器成像性能优劣的重要指标。本文针对自制的HgCdTe红外焦平面探测器MTF的测试要求，分别对面阵和线列器件的MTF测试方法以及影

5、响器件MTF的结构等进行了深入研究，搭建并实现了利用倾斜刀口法测试面阵/线列HgCdTe红外焦平面探测器MTF的测试系统，主要研究内容如下所示：1.面阵HgCdTe红外探测器成像条纹噪声的去除。面阵器件因材料生长、器件制备工艺水平及读出电路等原因，生成图像存在条纹噪声，其对面阵器件的盲元检测精度和后续面阵MTF计算造成干扰。利用双密度双树复数小波将黑体均匀辐射图像由时域空间转换到频域空间，经过小波分解后的高频系数服从高斯分布从而对高频小波系数进行判别，将高频小波系数按照条纹噪声相关性赋予不同权值再分别进行单支重构去除

6、条纹噪声。实验证明了该方法的有效性。2.面阵HgCdTe红外探测器MTF计算。对去除了条纹噪声干扰的黑体辐射图像进行盲元检测，使用全局3σ准则对面阵像元进行盲元检测。由于全局检测方法存在较大误差，对全局3σ准则法进行改进，利用带有滑动窗口的局部3σ准则进行盲元检测。实验证明该方法检测出的盲元精度比全局检测法更为准确。在刀口靶标成像采集时由于电路系统的影响，输出图像存在随机噪声。传统的中值滤波算法在去除随机噪声的同时会将刀口刃边细节模糊，改为采用带有自适应的中值滤波法进行去噪。其对每个像素是否为噪声点进行判断，对是随机

7、噪声的点进行滤波而非噪声点进行保留。该方法能够在去除噪声的同时很好的保留刀口刃边像的细节。最后利用Canny算子和Hough变换分别检测出刀口刃边位置和刃边倾斜角度，再将刃边进行投影并计算出面阵器件的MTF值。3.线列HgCdTe红外探测器MTF计算。使用倾斜刀口法测试线列红外探测器MTF时，首先需要解决如何准确使得刀口靶标像的刃边位置刚好横跨过线列I摘要器件，从而输出计算MTF所需的边缘扩散函数(EdgeSpreadFunction，ESF)。将靶标改造为‘K’字型，移动探测器并通过数据采集软件观察像元输出值，当线

8、列像元输出形状为阶跃状时则刃边像正好跨过整个线列像元。此时对线列器件的输出值进行采集得到ESF曲线，并用投影法计算MTF。但由于串音的存在不能将所有像元输出作为有效计算像元，对采集数据进行有效输出像元判断后再计算线列MTF值。并将改进倾斜刀口法与狭缝扫描法进行对比。4.测试不同结构探测器对MTF影响。串音是造成探测器MTF数值降低的主要因素之一