强光致CCD过饱和效应机理分析

分析了正常工作条件下CCD信号检测电路工作的全过程;指出了在正常工作状态下CCD对检测电路的注入是以低占空比的周期性窄脉冲方式进行的,配合有效的复位机制,使每个像素的复位电平保持为常值。根据CCD过饱和状态的产生条件和CCD信号传输沟道内的电势分布特点,提出了CCD过饱和状态的物理实质,即激光在CCD的受辐照点处提供了一个光生电流源,光生电荷将CCD的传输势阱全部填满之后使得CCD由一个电荷器件转变为一个电流器件。电流通过由CCD时钟的低电平所确定的沟道传输,使CCD对检测电路的注入以近乎连续的周期性长脉冲方式进行,导致了复位电平的改变,造成过饱和的视频图像。     

可见光CCD的光致过饱和现象

 报道了可见光CCD的过饱和状态——在强光辐照下,CCD输出图像中的白色饱和区域内出现黑色盲区。介绍了相机成像系统的信号处理过程和CCD的4种基本输出波形,给出了这4种波形的信号在经过相关双采样电路处理之后的结果和对应的CCD的4种基本输出图像效果,即无光照的黑区、弱光照的灰区、光照饱和的白区和强光致过饱和的黑色盲区（即过饱和状态）。过饱和状态CCD的输出信号波形中,复位电平发生改变而与处于饱和的数据电平持平,使该信号在经过相关双采样电路处理后变为零输出,造成CCD输出图像中的白色饱和光斑中间出现黑色盲区。     

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。     

CCD强光串扰效应的串扰线缺口现象及其机制

在激光辐照行间转移CCD相机的实验中发现了关于CCD串扰效应的一个新现象,即在串扰线上出现缺口,该缺口紧邻主光斑上侧且随光强增大而减小。基于行间转移面阵CCD的构造和工作过程,利用CCD串扰效应的一种新机制对现象作出了合理的解释。串扰线的形成依赖于在垂直转移动作过程中CCD信号积分势阱中的载流子向垂直转移CCD寄存器中的溢出。串扰线上缺口的出现则是由于CCD的信号积分势阱被读出转移动作清空后再次填满需要经过一定时间,该时间内无信号电荷溢出至转移沟道;读出转移清空存储势阱的时刻是构成主光斑的主体信号电荷按正常时序进入垂直转移CCD寄存器的时刻,故缺口紧邻主光斑的上侧;光强越大,光电子再次填满存储势阱乃至溢出形成串扰线所需要的时间越短,则缺口越小。     

基于小孔光阑的CCD过饱和像差分析方法

如何比较全面、准确地观测和分析光学系统的几何像差一直是光学以及光学设计领域中的一个重大问题.本文提出了一种观测和分析光学系统像差的新方法——基于小孔光阑的CCD过饱和分析方法,以激光为照明光源采用开放式的光路搭建,利用定标孔阑划分波带并结合CCD过饱和的分析手段.该方法具有原理易懂、操作简单、图样信息丰富、现象明显直观、成本低廉等优点,不仅为分析和观测光学系统的几何像差提供方便,同时也为光学系统的相关研究提供借鉴.     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明：采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明:采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

高分辨率CCD图像传感器及CCD摄像机的性能评价

研究了ＣＣＤ图像传感器及ＣＣＤ摄像机的性能及测试方法。重点探讨了高分辨率的ＣＣＤ摄像机的成像特点。论述了高分辨率ＣＣＤ图像传感器和高分辨率ＣＣＤ摄像机的性能。这些性能与当前厂商提供的商用ＣＣＤ摄像机有许多不同之处。评价高分辨率ＣＣＤ图像传感器的性能主要有灵敏度、动态范围、分辨率和拖影。评价高分辨率ＣＣＤ摄像机性能有灵敏度、最小照度、分辨率和光学格式等。给出了高分辨ＣＣＤ摄像机的性能评价实例,简述了其工艺特点和技术特点。     

基于CCD与CMOS的图像传感技术

概述了CCD图像传感器的原理、特点及发展趋势。对CMOS图像传感器的结构和工作原理,尤其是CMOS与CCD两类图像传感之间的不同进行综述。重点介绍了CMOS图像传感器的研究现状和发展趋势。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

1.06 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

 为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用1.06 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗1.06 μm激光干扰能力。     

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532nm的脉冲激光从31.5m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件(CCD),实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现:保持激光器与CCD的作用距离31.5m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8°的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。     

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532 nm的脉冲激光从31.5 m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件（CCD）,实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现：保持激光器与CCD的作用距离31.5 m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。     

垂直腔面发射激光器的饱和效应对慢光延时影响的研究

通过理论和实验研究了1550 nm量子阱垂直腔面发射激光器(QW-VCSEL) 的饱和效应对2.5 Gbps二进制伪随机序列(PRBS)慢光延时的影响. 利用Fabry-Perot腔边界条件结合光场分布, 推导出VCSEL中信号相位和延时表达式, 并结合速率方程, 建立信号功率与延时之间的联系. 实验研究了在VCSEL逐渐达到饱和状态过程中PRBS信号的延时时间和眼图的变化情况. 理论和实验结果表明, 由于受饱和效应的影响, 大功率信号在VCSEL中传输得到更好的信号质量, 但以牺牲延迟时间为代价. 为了获得较大的时延, 一方面需要控制信号功率, 其次还需要调节信号波长以追踪由于饱和效应导致的VCSEL峰值增益波长的变化轨迹. 关键词： 慢光延时 垂直腔面发射激光器 饱和效应     

提高CCD实验效果

通过对CCD实验图样和照明的改进设计，提高了CCD实验的效果。