[发明专利]一种基于通道分离的大面阵彩色CMOS图像传感器辐照后暗电流评估方法

说明书

本发明涉及一种基于通道分离的大面阵彩色CMOS图像传感器辐照后暗电流评估方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、三维样品调整台、样品测试板、大面阵彩色CMOS图像传感器样品、直流电源和计算机组成，在暗场条件下，选定积分时间，利用经过辐照后的图像传感器获取暗场图像并保存，根据坐标将图像传感器不同像素单元的相应数据归类放入R、GB、GR或B通道的灰度值矩阵中，再改变积分时间，最后画出暗场下各通道的曲线，该曲线拟合直线的斜率除以图像传感器的转换增益即分别为各通道的暗电流。本发明操作方便简单，可以直观的看出辐照引起器件各通道暗电流退化的情况。从而为大面阵彩色CMOS图像传感器在空间应用时的抗辐射设计提供理论依据和技术支撑。

技术领域

本发明属于光电成像器件性能参数检测技术领域，涉及一种基于通道分离的彩色图像传感器辐照后暗电流评估方法。

背景技术

光电成像器件是利用光电效应，将光辐射图像转换为可观察、记录、传输、存储以及处理的信息器件的总称。光电成像器件广泛应用在各类空间光学卫星和有效载荷中，由于能够实时获得图像，是对地遥感侦察、目标监视、星敏感器等空间光电系统中不可缺少的核心器件。CMOS图像传感器与电荷耦合器件相比，具有单片集成、可靠性高、单电压、功耗低、成本低等明显优势，逐渐占据了对小体积、轻重量有苛刻要求的空间中低端成像领域，广泛应用于星敏感器、太阳敏感器、微纳卫星遥感、卫星姿态控制、飞船可视系统、空间视觉监控等各个方面。随着大规模集成电路工艺制造技术的进步，部分高性能CMOS图像传感器灵敏度、噪声性能已接近电荷耦合器件的水平，在国内外空间高端成像领域正逐渐取代电荷耦合器件。

航天器所处的天然空间辐射环境中，辐射主要来源于银河宇宙射线，太阳宇宙射线以及围绕地球的地磁俘获带辐射。辐射环境中的高能带电粒子作用于CMOS图像传感器会使它的性能参数产生影响。大面阵彩色CMOS图像传感器大多采用8T技术，全局电子快门，在像素内部集成额外的储存节点，实现相应的读取功能，保证所有像素同步曝光，从而克服卷帘曝光的缺点，具有较高的填充因子，从而增加了光响应灵敏度及信噪比，芯片可实现外触发和曝光控制。8T CMOS图像传感器自推出以来就备受空间光学相机设计师的青睐，我国多个宇航型号均采用了8T CMOS图像传感器，如天宫二号和神舟十一号交会对接目标凝视相机、嫦娥三号辅助着陆相机等。

以CMV12000-2E5C1PA这种大面阵彩色图像传感器为例，其输出图像为Bayer格式的原始图像，在分析其在辐射环境下性能参数的变化必须首先分离所有像素R、GB、GR和B通道的数据，再根据分离出的数据分别计算辐照前、后性能参数的变化。对于图像传感器来说，除因光产生的电子外，也会因热激发产生电子/空穴对，也就是说在没有光照的条件下，传感器也会因热激发产生电子，这称为暗电流。暗电流是表征CMOS图像传感器性能的关键参数，同时也是空间辐射损伤的敏感参数。以往大量文献研究了针对黑白图像传感器辐照前、后暗电流的计算方法，但对于这种大面阵彩色图像传感器，所有像素各通道输出信号在辐照后的参数退化程度是不同的，因此需要根据大面阵彩色图像传感器像素单元各通道的排列关系，通过数学方法分离各通道的信号，然后再计算各通道信号暗电流大小，最后比较分析不同通道退化程度不同的机理解释。这种基于通道分离的大面阵彩色CMOS图像传感器辐照后暗电流评估方法目前还未形成，但这对于大面阵CMOS彩色图像传感器抗辐射加固十分必要。因此本文提出基于通道分离的大面阵彩色CMOS图像传感器辐照后暗电流评估方法，不仅可以掌握不同通道信号随辐照的变化趋势，对研究器件的辐射效应有重要意义，更可以为大面阵彩色CMOS图像传感器在空间应用时的抗辐射设计提供理论依据和技术支撑。

发明内容