[发明专利]一种CCD光电参量的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电器的测试方法，具体说是一种 CCD光电参量的测试方法。

背景技术

CCD(Charge Coupled Device)是一种新型半导体集成光电器件，由于其具有高灵敏度等性能而得到了广泛的应用，而CCD的性能是由其光电参量决定的，光电参量主要包括响应度、非线性特性、暗信号电压、饱和电压、动态范围等；目前对CCD的性能参量还没有一种行之有效的测量方法，针对不同的应用领域，一些学者对CCD的光电参量进行了不同的测试，取得了一些成果：如李明伟等人根据CCD光电参量的定义和测试方法，设计了一种线阵CCD光电参量测试系统；叶培建等人采用卤素灯作为光源，再通过光栅或滤光片获得单色光对线阵CCD器件主要性能参数及测试方法进行了研究；董怡等人针对CCD测量技术中出现的非线性问题，提出了以光电池为标定基准的CCD非线性测试及非线性标定法；Kutzner J(国外的作者)等人针对真空管相机的广泛应用，对CCD传感器与相机的参量进行测量与测试；李里军等人利用CCD细分技术进行CCD光电参量测试，从而提高了基于CCD的图像分辨率；卢意等人用CCD光电参量测试系统测试车辆前灯定标器来得到CCD各个参量；但是这些测试的精度都不是很高，难以精确地检测出CCD的性能。

发明内容

为了克服现有对CCD测量方法的不足，本发明的目的是提供一种CCD光电参量的测试方法，用以更好地检测出CCD的性能，得到较高的光电参量测试精度。

为解决其技术问题，本发明采用的技术方案是：采用硬、软件系统相接合方法对CCD的光电参量的测试系统，其依据是：

1. CCD器件输出电压与输入曝光量的关系式：

  (1)  ;

式中的为CCD的光响应，(理想状态下的，但在实际工作状态下的值在1左右)为光电转换系数，为暗信号电压，为饱和信号电压，为提供饱和输出电压的最小曝光量，也叫饱和曝光量，它是输出饱和时的照度（lx）和积累时间（t）的乘积。

该式实验的结果：在CCD器件曝光量为0即处于暗信号状态时也要产生暗信号电压；当曝光量达到饱和曝光量时，输出电压达到饱和。

2. CCD主要光电参量： CCD光电参量主要有暗信号电压、饱和电压、响应度、非线性特性、动态范围等。这些光电参量直接影响着CCD器件的输出电压与输入曝光量的关系，从而影响着CCD器件的工作；暗信号电压是CCD器件不可缺少的输出信号，即使在没有光照或没有对CCD器件注入电荷的情况下也会存在；饱和电压是CCD器件可以产生的最大输出电压。当CCD器件输出电压达到一定值时,尽管入射光强增加, 但输出电压保持不变，此时的输出电压就是饱和电压；响应度是所有像元对同一波长相同照度的响应的平均值，CCD的响应度定义为：(2) ;

式中的为各像元输出的平均电压；在理想状态下，当输入曝光量小于饱和曝光量时，CCD的输出电压与输入曝光量是符合线性关系的，但在实际工作中，CCD的输出电压与输入曝光量之间存在着非线性特性，其关系式就是式（1）中的情况；动态范围就是最大信号量，即饱和信号量与噪声值之比；在CCD器件工作时，以输出电压为信号量，以暗信号电压为噪声值，动态范围定义为：(3)；

本系统的组成如下：采用硬件系统与软件系统相接合的方法对CCD的光电参量进行测试；所述硬件系统由四个子系统组成，即光源及其辅助系统、控制系统、CCD器件和数据获取系统及PC机数据处理系统；所述软件系统主要由四个子程序组成，即驱动程序、控制程序、数据获取程序及数据处理程序；每一个软件子程序执掌一个子系统，形成一个硬、软件系统相互协调、相互作用的有机统一整体系统，共同完成CCD各个主要光电参量的测试工作，使得到的结果由PC机显示器显示出来。

所述硬件系统中的光源及其辅助系统的主要组成部分有白色LED阵列、聚光透镜、驱动时钟和驱动电路；控制系统主要组成部分有伺服驱动器、伺服电机、信号电路和控制电路；CCD器件和数据获取系统主要组成部分有CCD器件、瞄准器、捕捉器、辐照度计、图像采取卡、A/D数据转换器及USB接口芯片单元；PC机数据处理系统主要组成部分有贮存器、D/A数据转换器、数据输出器、显示器。

其中CCD器件输出电压与输入曝光量的关系式： ，                  式中的为CCD的光响应，为光电转换系数，为暗信号电压，为饱和信号电压，为提供饱和输出电压的最小曝光量，也叫饱和曝光量，它是输出饱和时的照度（lx）和积累时间（t）的乘积。