背照明CCD微光成像技术(2)

Fs ao噪声， B C的噪声因数约为 1O, E C D可得到比标准三代管 IC a ECD 9故 B C C D更高的信噪比。3 2调制传递函数 M F . T 3种系统的 MT F可分别近似表示为： MT Bc= sn口 ) ( )= s e厂 F cD i( / 0厂 i ( ) n () 1

MT Ⅱ= ep{ f 20 1}x[ 2 17e￣ F x一(/ 00.) (J( r ( f)

) xsn ( )] ie口，

() 2

MF c=i( )[4 ) x一 ( )[ 0￣ ) ( T o s。 e一 ( )e[一d 1 fx一 J 3Ⅲ n x c p Jp ]— e ) P其中，空间频率 (/ m)。为 C D像元的线性尺寸 (i; 1一级贝赛尔函数；,为 1 m; p C il J是 l n) y是光纤耦合器的孔间距；为电子发射初电位；为加速电位；为光阴极到 C D的间距；为减薄 C D E L C C的外延层厚度 ( mm)为 C D的耗尽层厚度 ( l;为平均散射能量 E S增益； o为人射电子； d C il G i n) B c能量 EB S增益；为后向散射系数； 2为 B C C D的厚度。

具体的数据计算可知： C D具有最高的传递特性，B C次之，C D最低。 BC ECD IC3 3鉴别率及微光性能 .表 l给出了 C D、 B C倒像 ) B C与 I C的量子效率及其相机的微光性能 C E C D(、C D CD 3 4其它特性的比较

表 2给出了典

型微光摄像机的归一化性能参数比较，中数值均是相对值，噪比 ( N的量表信 S R)度是上述各性能参数的乘积。一般认为：响应度、元数、声因数、阴极暗电流、 C暗电流、线噪光 CD

读出噪声和 MT F等 7个性能参数影响微光摄像机的信噪比，中等光照下，益并不十分影响信在增噪比，它未在信噪比量度中列人。由表可见：故

B C C D的像质优于 IC C D近 2 0倍，于 E C D近 5倍；优 BC B C C D的良好性能得益于高量子效率和高 MT F值 .在微光下，但即使高量子效率和高 MT F也不足以弥补靶面接受的有限光子数。 虽然表中的性能比较方法是非常简化的，不反映所有的光照条件以及所有空间频率下的系且统性能，是对于比较器件的相对性能仍是有效的。但

表 3给出不同面板照度条件下的系统分辨率比较：在低微弱光条件下，E C D较之 B C与 BC CDI C有更好的性能， C D在 l l CD B C O x照度下较 I C C D要略好一些， l l在 O x下 I C比 B C CD C D要好一

些。表 1 C D、C D、 B C B C的量子教率与系统微光性能比较 C IC E C D、 C D

T be1 Q atm e i ec n efn ac nlw l h v lo C al u nu fc nya dp r ns e0 g tee frC D.1C E C D a dB C i o t o i l C D。 B C n C D c D,C D, B C B CD c I C E C D, CC CD

子效率 Q E.( 绿光 )3%~4% 0 0

系统微光性能

1I x

E C D倒像式 ) BC (BC CD

1%一1% 0 5帅%

<1 5x 0 l1 0~ 1 3I 0— x

IC CD(=1 /16

一代管耦台 C D C一代管耦台制冷 C D C

1%~1% O 5

7×1— I 0 5x5×1— l 0 5x

S N=I/ )

二代管耦合 C D C三代管耦台 C D C

1一 x 0 l8x1 5x 0— l

CCD微光技术

20 0 0年 1月

剂广荣等：照明 C D微光成像技术背 C

第2 2卷

第 l期

表 2 B C IC C D、C D和倒像式 E C D摄像机的归~化

微光性能比较 BCT b e 2 Re o u i n o CCD,I D n iv r d i g CCD i g r t i e e c l mi a i n a l s l t fB o CC a d n e L ma e EB e ma e o d f r n e i u n to l

参数()应度 1响 ( )元数 2线 ( )声因数 3噪 ( )阴极暗电流 4光

BC CD4 1 1 】

IC CD1 1 l2/ 1

E C D近贴式 B C1 1 11】/ . 1

() C 5 C D暗电流()出噪声 6读( M' 7) I T

1125

111

1ll 7

( )噪比 (wa)度 8信 s量 ( )益 9增

l O 1

04 . 60 0

l 4 20 5

表 3 B C近贴 EB C C D, C D与 I C C D在不同面板照度下的分辨率F g 3 No mai e e f r n e 0 o l h e e o CD、I D n n e Ld i g CCE i g r i. r lz d p ro ma c n lw i t lv lf rBC g CC a d i v r e ma e EB ma e

种类 BC CDE BCC D

面板照度 (辨率 )分 1 0。 l( 4l/×1 x 1 p mm)1× 1 l ( 4 l/ 0 x 1 p mm)

面板照度 (辨率 )分 3×1 0“ L( 4l/ m1 x2 p m3× 1 0。 l( 6 l/ x 2 p mm 1

面板照度 (辨率 )分 3×1 h 4l/n 0 f pt m)3× 1 l 1[/ m ) 0 x( 8 p r a

IC CD

1 0 l(41/ m)×1 x 1 p r a

3 1 l(6l/ m)× 0 x 1 pr n

3×1一 x 8l/ 0 l( p mmj

图 3给出 B C I C与近贴 E C D的归一化信息量，表示在某一光照下，噪比对所有 C D,C D B C它信空间频率的积分。由图可见，比较高的光照下， C D由于有良好的 M F性能，能将更多的信在 BC T故

息传递给用户；更低的微光下 E C D由于其好的 MT在 BC F性能与几乎无噪声的增益便能提供更多的信息

综上所述，微光条件下，噪比和 MT在信 F共同决定了通过成像系统的信息量，因此 B C虽然 CD没有借助附加的增益级，高灵敏

度和良好的 M F特性仍使其具有微光性能， I C则困低但 T而 CDMT F和 S NR降低了系统识别高空间分辨率的效能。实际上， 1一~1 l范围内， C D的在 0 0 x的 BC信息量比 I C C D提高了二倍多 ( S从 NR曲线所占面积积分求得 ) E C D更由于其高 MT 及无，B C F

噪声的增益，能在所有光照条件下获得高分辨率图像 E C D具有比 I C高 1 BC CD O倍的信息量。

4结束语I C由于 MC光纤面板窗及荧光屏的影响， P噪声及 MT CD P、 MC F经多个传递环节衰减使像质显著变坏， MT故 F与信噪比远逊于 B C C D和 E C D。 BC 在一般的低光照条件下， C D的性能优于 IC B C C D。鉴于不少实际应用场合往往是低光照条件，郊外环境或乡村有月光的环境，此 B C能胜任大多数应用。如因 CD

视频 B C C D像敏器件与 E C D像敏器的性能已达到理论极限值。这二类成像系统在大多数 BC应用中取代通常的 I C成像系统已是毋庸置疑的了。 CD 本文认为，外经过 2国 0年的探索与努力， C D和 E C D的技术已趋成熟。 B C的关键工 BC BC CDI l

CCD微光技术

V l2 N o 2 o1

红

外

技

术

Jn 2 0 a 0 0

艺如减薄与背面处理的技术途径与工艺路线已比较清楚。 B C C D和 E C D在军用和民用上具有 BC良好的应用前景，国已具备研究 E C D的技术条件 (代管、代管是成熟的，代管 C D工艺我 BC一二三 C已研究多年 )研究与开发 B C, C D与 E C D技术应提上日程。 BC 参1 W I… l l

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