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科学级CCD图像传感器的主要噪声及其抑制方法分析
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时间:2013-08-28 17:02:01

 

        科学技术水平的高低在很大程度上直接关系到一个国家所处国际地位的高低,如今,尤其是在军事、航空、工业、医学等领域,科学技术都发挥着举足轻重的作用。机器视觉作为一项利用机器替代人眼进行视觉行为的自动化、智能化成像技术,在各种应用中都会有着一定的需求。科学级CCD是目前在科学领域中应用最为广泛的图像传感器,集光电转换、电荷转移与存储等功能于一身。一直以来,科学级CCD图像传感器都在不断地优化与升级,以求能够为各项应用提供更高性能的成像设备,例如低噪声就是其一直追求的高性能参数之一。

        (1)暗电流噪声

        光电二极管的暗电流是导致科学级CCD图像传感器中暗白点、白色损伤或颗粒等问题的主要原因。由于各像素中暗电流的不均匀而出现的固定图像噪声,即使在没有入射光的情况下依然会发生。暗电流噪声与温度以及点荷包在势阱中的存储时间有着密切的关系,存储时间越长,温度越高,暗电流噪声就会越大。因此,降低温度以及减少电荷转移时间可以有效减小暗电流噪声的影响。

        (2)转移噪声

        在科学级CCD图像传感器的运作过程中,当电荷发生转移时,由于势阱之间会出现电荷的涨落,进而会产生一定的噪声。因此,可以采用提高衬底电压或CCD电压取反倒置的方法来消除界面态的俘获噪声,也可以采用降低器件运行温度的方法来使得俘获的噪声明显呈指数减小。另外,也可以将CCD在序列图像取出之前放电,这样也能有效减小转移噪声。

        (3)散粒噪声

        我们知道光是具有粒子特性的,因此每次的入射光中的光子数是不完全相同的,而这样的变动特性就要会引发光的散粒噪声。光散粒噪声与电子效益有关,要想提高散粒噪声,使其成为科学级CCD图像传感器的主要噪声来源,最直接的方法就是提高电子增益。

        (4)复位噪声

         复位噪声是一种因开关介入电容带来一定的电压而产生的噪声,是一种采样电路必然会发生的噪声。一般情况下,这种复位噪声可以通过相关双取样法加以消除。

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