CCD成像系统性能参数评价课件.ppt

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1、CCD成像技术及其在遥感中的应用第五章CCD成像系统评价郝志航内容CCD成像系统的成像质量CCD成像系统的增益CCD成像系统的光子传递曲线CCD成像系统的MTF小结CCD成像系统的成像质量CCD成像系统的成像质量主要取决于信号链路：光学镜头、CCD传感器、预放器、CDS、后置放大器和A/D转换器。光学镜头CCD预放器CDS后置放大器AD转换器数据CCD成像系统的成像质量严格地说，CCD成像系统的成像质量的好坏与用户的要求密切相关。一台摄像机能够拍摄清晰的640×480的影像我们已经很满意了；但是

2、用这样的影像去冲洗照片就很差了。数码相机冲洗尺寸CCD成像系统的成像质量对应用于遥感的CCD成像系统，尽管成像质量的要求不尽相同。但是，有一些基本的要求是这些CCD成像系统都应该满足的。这些基本要求包括：系统的灵敏度系统的信噪比系统的动态范围系统的线性度系统的MTFCCD成像系统的灵敏度信号链路对系统灵敏度的影响：景物辐亮度L透过率o响应度ReCVFg0放大倍数g1辐照度电子数VADU光学系统CCD片上放大器CDSPGAAD转换器VV转换系数gadCCD成像系统的灵敏度第三章中介绍了CCD的光

3、谱响应度，其表达式为：CCD的输出电子数：CCD成像系统的灵敏度CCD成像系统的总输出的数字量(单位：ADU)为：简化并改写上式：式中g是一个很重要的参数，称之为CCD成像系统增益，其单位是e-/ADU。CCD成像系统的灵敏度通常用增益g来表征。定义：CCD成像系统的增益CCD成像系统输出的是数字，当输出灰度分辩率10bits时，输出是0～1023中的一个数字。CCD成像系统输出这个数字时，它所代表的CCD传感器输出的电子数是多少？定义CCD成像系统的增益为CCD传感器输出的电子数与此时CCD成

4、像系统输出的数字量之比。其单位为：e-/ADU。CCD成像系统的增益表示从片上放大器开始一直到AD转换器为止信号链路的增益的倒数。CCD成像系统的增益Apogee公司出售相机的数据单(部分)CCD成像系统的增益SC：以数字为单位表示的CCD信号；SE：以电子为单位表示的CCD收集的电荷信号，未知；NC：CCD图像中以数字为单位计量的总噪声；NE：以电子为单位计量的总噪声，未知；g：增益，单位为e-/ADU,该值待计算；RE：以电子为单位计量的CCD读出噪声，未知；SE：在总噪声NE中的霰粒噪

5、声o：图像中的其它噪声。CCD成像系统的增益当假定(RC2＋OC2)为常数时，上式是一个线性方程，NC2(总噪声方差)为因变量(y轴),SC(信号)是自变量(x轴)，1/g为斜率，(RC2＋OC2)为截距。总噪声NE2由读出噪声、霰粒噪声和响应非均匀性等其它噪声构成。CCD成像系统的增益设计CCD成像系统时可以按设计者的要求估算出系统的增益，但是由于系统的增益几乎与系统中的每一个元器件(包括电阻和电容)都有关系，当系统完成后，实际的系统增益将与估算值有很大的误差。获取实际系统增益的途径

6、是在系统完成后进行实际的测量。CCD成像系统的增益在不同光照条件下获取图像，减去偏置(暗背景)；计算每幅图像指定区域的信号和噪声，获取信号平均值和噪声的方差；以信号平均值作为自变量x，噪声的方差作为因变量y，用最小二乘法计算线性方程的系数a和b：y＝ax＋b系统增益g和读出噪声RC分别为：当忽略其它噪声的影响，即OC2＝0时，CCD成像系统的增益增益为：g＝1/0.336=2.98e-/ADU读出噪声为：y=0.336x+40线性方程为：NikonD70的系统增益测量曲线CCD成像系统的增益

7、响应非均匀性的影响一个像元的响应度比左面的像元低1%，而比右面的像元低3%。这个像元输出100时3个像元数字信号的输出为：101,100,103。当这个像元输出10,000时3个像元数字信号的输出为：10,100,10,000,10,300。这3个像元在低信号时的标准差是OC=2.333，而在高信号时的标准差是OC=233.3。可见，当信号相差100倍时，标准差也相差100倍。(本例中k＝0.02333)(非线性回归)CCD成像系统的增益响应非均匀性的影响举例。RE=15e-，g=2.0e

8、-/ADUCCD成像系统的增益前面介绍的CCD成像系统增益测量方法比较简单，但是也不是很稳定和很精确。比较好的测量方法是对应每一个光照条件，摄取两幅图像。计算这两幅图像指定区域的信号平均值；计算这两幅图像指定区域差图像的方差，除以2获得系统的噪声方差。利用最小二乘法可以计算出系统增益。CCD成像系统的增益通过计算两幅图像差的方差获得系统噪声方差的方法避免了响应非均匀性等其它噪声的影响。信号平均值与系统噪声方差之间具有很好的线性关系。可以计算出更为稳定和精确的系统增益。由于数值很小，最好不用截距计