CCD﹢像元灵敏度非均匀性及处理方法研究

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1、２０１４年８月宇航计测技术Ａｕｇ．，２０１４第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＶｏ．ｌ３４，Ｎｏ．４文章编号：１０００－７２０２（２０１４）０４－００４１－０４中图分类号：Ｏ４３５文献标识码：ＡCCD像元灵敏度非均匀性及处理方法研究１２１１１郭雨蓉李小波王锴磊崔桂利赵天承（１．北京航天计量测试技术研究所，北京１０００７６；２．二炮驻首都航天机械公司军事代表室，北京１０００７６）摘要研究了ＣＣＤ像元灵敏度非均匀性产生的原理和给ＣＣＤ应用带来的问题。采用改进的归一化算法对ＣＣＤ像元灵敏度进行修正

2、，解决了ＣＣＤ图像传感器由于加工工艺造成的各像元光电灵敏度具有差异的问题。该方法有效的减小了ＣＣＤ的原始误差，对提高ＣＣＤ测量准确度具有重要意义。关键词电荷耦合器件图像传感器灵敏度非均匀性ResearchonPixelSensitivityNonuniformityandTreatmentMethodofCCD１２１１１ＧＵＯＹｕ-ｒｏｎｇＬＩＸｉａｏ-ｂｏＷＡＮＧＫａｉ-ｌｅｉＣＵＩＧｕｉ-ｌｉＺＨＡＯＴｉａｎ-ｃｈｅｎｇ（１．ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７

3、６；２．ＴｈｅＤｅｐｕｔｙＯｆｆｉｃｅＢａｓｅｄｏｎＣａｐｉｔａｌＡｅｒｏｓｐａｃｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｅｃｏｎｄＡｒｔｉｌｌｅｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６）AbstractＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｃａｕｓｉｎｇｔｈｅｐｉｘｅｌｒｅｓｐｏｎｓｅｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆＣＣＤａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆＣＣＤａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅａｒｔｓａｎｄｃｒａｆｔｓ，ｅ

4、ｖｅｒｙｐｉｘｅｌｏｆｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅｈａｓａｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．Ｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍｃａｎｂｅｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ａｎｄｔｈｅｓｏｕｒｃｅｅｒｒｏｒｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＩｔｈａｓａｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆＣＣＤ．KeywordsＣｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅＩｍａｇｅｓｅｎｓｏｒＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＮｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ1引言作为核心测量器件。但是，这样会带来一系列的问

5、题。比如面阵ＣＣＤ的像元尺寸一般都比线阵ＣＣＤ电荷耦合器件ＣＣＤ是一种技术成熟、应用广泛大，这就造成了在同样光学系统时其测量分辨力的的图像传感器。自２０世纪７０年代初以来，发展非降低。同时，面阵ＣＣＤ增加了像元个数也就增加了常迅速。ＣＣＤ一般分为线阵ＣＣＤ和面阵ＣＣＤ。数据处理难度。对于高速数据测量来说，很难满足高精度双轴光电自准直仪是一种实时、非接触技术要求。因此，我们选用了两个线阵ＣＣＤ同时测式的高精度角度测量设备。常规是采用面阵ＣＣＤ量两维数据。随着ＣＣＤ技术的发展，ＣＣＤ的测量精度限制了收稿日期：２０１３－０７－２０，修回日期：２０１３－１０－１０

6、作者简介：郭雨蓉（１９８３－），女，工程师，主要研究方向：仪器仪表研发以及相关技术研究。·４２·宇航计测技术２０１４年其在各领域更多的应用。ＣＣＤ的一项重要技术指值算法具体步骤如下：标是灵敏度。由于ＣＣＤ中的暗电流、量子效应、材－①由被测数据Xi得出被测数据的平均值X质结构等局部差异性和各种噪声的存在，各像素对n－１于相同的副照度产生的灰度值并不相同，甚至有较X＝∑Xi（１）ni＝１大的差异。如果采用未经过校正的ＣＣＤ直接捕获－一个灰度均匀的目标时，可能会输出强度不均匀的式中：Xi———被测数据；n———被测数据个数；X———目标图像，这将对目标识别及后续

7、图像处理中的目被测数据平均值。标提取与测量不利，特别是在高精度测量系统中各－②计算每一测量值Xi相对于均值X的偏差量像素响应的非均匀性对成像质量有更大影响，必须ΔXi进行非均匀性校正。虽然ＣＣＤ制造企业极力想克－服这些差异，但差异还是客观存在的，并且很有可能ΔXi＝Xi－X（２）随着应用时间和环境的变化，差异的大小也随之发式中：ΔXi———测量值相对于平均值的偏差量。生变化。③将偏差量ΔXi代入权值函数f（X），做归一化目前，对ＣＣＤ像元灵敏度非均匀的研究还不是处理，得到每个测量值的权值Δai很多。在ＣＣＤ应用场合对ＣＣＤ像元灵敏度的差异Δai＝f（ΔXi

8、）（３）也没有广泛的认知，还没有比较成熟的、能够在实际式中：Δai