CCD的主要性能指標(biāo).ppt

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1,CCD成像技術(shù)及其在遙感中的應(yīng)用 第三章 CCD的主要性能指標(biāo),郝志航,2,內(nèi)容,CCD的主要性能指標(biāo) 量子效率QE和響應(yīng)度R 暗電流和暗電流噪聲 噪聲和信噪比 動(dòng)態(tài)范圍 實(shí)例說(shuō)明 CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 小結(jié),3,CCD的主要性能指標(biāo),軌道高度(H) 地面像元分辨率(GSD) 系統(tǒng)靜態(tài)傳遞函數(shù)(MTFsys) 光譜波段(BW) 地面覆蓋寬度 最小太陽(yáng)高角(?)時(shí)信噪比(SNR) 相機(jī)質(zhì)量(M) 相機(jī)功耗(P),典型遙感相機(jī)的主要性能要求,典型遙感相機(jī)的組成： 光學(xué)系統(tǒng)； 光機(jī)結(jié)構(gòu)； CCD成像； 熱控。,4,,CCD的主要性能指標(biāo),地面像元分辨力 (MTFSYS),太陽(yáng)高角 (信噪比),地面覆蓋 (視場(chǎng)角),質(zhì)量 (f，F(xiàn)),CCD,光學(xué)系統(tǒng),熱控系統(tǒng),,,,,,光機(jī)結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,5,CCD的主要性能指標(biāo),CCD的主要性能指標(biāo)指的是對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生主要影響的指標(biāo)。 主要性能：量子效率QE（響應(yīng)度R）、飽和曝光量SEE、傳遞函數(shù)(MTFCCD )、噪聲n、暗電流等。 其它性能：像元尺寸、像元數(shù)、電荷轉(zhuǎn)移效率、響應(yīng)非均勻性、環(huán)境適應(yīng)能力等。,CCD應(yīng)用對(duì)CCD性能指標(biāo)的要求,CCD生產(chǎn)廠家提供的CCD性能指標(biāo),≠,6,CCD的主要性能指標(biāo),CCD廠家給出的性能指標(biāo)形式,7,CCD的主要性能指標(biāo),8,量子效率QE和響應(yīng)度R,可以用量子效率計(jì)算響應(yīng)度，響應(yīng)度的單位是A/W或 。計(jì)算公式如下：,（3－1）(2-4),（3－2）(2-5),其中， 是電子電荷， 是量子效率， 是像元有效面積。式中 是CCD中常用的輻照量單位。輻照量的基本單位是 。,9,量子效率QE和響應(yīng)度R,在CCD工作過(guò)程的最后一步，將電子電荷轉(zhuǎn)換為電壓，電荷轉(zhuǎn)換因子CVF為：,其中， 是電子電荷， 是量子效率， 是像元有效面積，G為CCD片內(nèi)放大倍數(shù)。,與前式聯(lián)合可以得到電壓輸出的響應(yīng)度R,（3－3）,（3－4）,10,一個(gè)行間轉(zhuǎn)移CCD器件的填充系數(shù)為50％,像元面積是11.4μm×13.8μm,電荷轉(zhuǎn)換因子CVF為6μV/е-。如果量子效率?在0.6μm是 0.8 計(jì)算以V/?J/cm2為單位的響應(yīng)度。Ap=7.87×10-7cm2。常數(shù)hc是1.99×10－25 J.m/photo。將數(shù)值代入3-4：,計(jì)算結(jié)果單位為V/J/cm2 ，轉(zhuǎn)換為V/?J/cm2 ，結(jié)果為：,量子效率QE和響應(yīng)度R 舉例,cm2,V/е-,m,J-m/photo,V/J/cm2,11,遙感相機(jī)CCD靶面上輻照量的計(jì)算： 條件：無(wú)窮遠(yuǎn)面發(fā)光目標(biāo)，發(fā)光目標(biāo)為朗伯體，發(fā)光強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)，輻出度為M0(W/m2)。 相機(jī)入瞳處輻亮度L為：,其中?a為大氣透過(guò)率,量子效率QE和響應(yīng)度R,,（3－5）,12,量子效率QE和響應(yīng)度R,遙感相機(jī)CCD靶面輻照度 為：,CCD靶面輻照量為：,,,式中?optics為光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率，F(xiàn)為相對(duì)孔徑，tint為CCD積分時(shí)間。,（3－7）,（3－6）,13,量子效率QE和響應(yīng)度R,有些CCD的響應(yīng)度是以光度參數(shù)給出的，如R的單位是V/lx.s。當(dāng)以光度參數(shù)給出響應(yīng)度時(shí)，需要指定光源的色溫。有時(shí)需要進(jìn)行輻射度參數(shù)與光度參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。,,,思考題：如何進(jìn)行以V/lx.s和V/J.m2兩種響應(yīng)度單位的轉(zhuǎn)換？光源色溫指定為2856K。,參考資料: 1《光電技術(shù)》王慶有主編，電子工業(yè)出版社2005年 2 《CCD Arrays Cameras and Displays 》 By Gerald C. Holst SPIE Press 1998,14,暗電流和暗電流噪聲,暗電流對(duì)CCD成像的影響： 降低了動(dòng)態(tài)范圍； 增加了CCD噪聲。,,,暗電流噪聲與其他熱噪聲一樣，其概率密度分布為Poisson分布。積分時(shí)間為tint時(shí)，暗電流電子數(shù)暗電流噪聲分別和為：,（3－10）,（3－11）,15,暗電流和暗電流噪聲,在不同暗電流密度(nA/cm2)下，暗電流(e-/sec/pixel)與溫度(°C)的關(guān)系曲線。,,,,,16,暗電流和暗電流噪聲,為了將暗電流降低一倍，工作溫度25°C時(shí), 需要將溫度降低 8°C ；-50°C時(shí), 需要降低 4.8°C ；而 -100°C 時(shí)，只需降低2.9°C。,,,,,17,暗電流和暗電流噪聲,TI公司TC271 在27℃時(shí)， Jdc＝100 pA/cm2 ； 陣列溫度每增加 7～8℃，暗電流密 度增加一倍。,,,,,18,暗電流和暗電流噪聲,CCD的暗電流在說(shuō)明書中通常以以下三種方式給出：1）一定時(shí)間內(nèi)的暗信號(hào)電子數(shù)；2）一定時(shí)間內(nèi)暗信號(hào)的電壓值；3）暗電流密度。 單位時(shí)間暗信號(hào)電子數(shù)的公式：,,,其中，Jdc為暗電流密度，T是絕對(duì)溫度，Eg是帶隙。,,,（3－8）,,（3－9）,19,暗電流和暗電流噪聲舉例,CCD像元尺寸為12 ?m x 12?m， 300K 時(shí)暗電流密度10 pA/cm2 ，求出該CCD在 -10°C (263K), -50°C (223K) 和 -100°C (173K)時(shí)的暗電流,,,由(3-9)計(jì)算Eg 263K時(shí)， Eg = 1.120278 eV 223K時(shí)， Eg = 1.129468 eV 173K時(shí)， Eg = 1.139296 eV,,,,再用(3－8)計(jì)算De 263K時(shí)，De = 2.911 e–/pixel/s 223K時(shí)， De = 2.123 x 10-2 e–/pixel/s 173K時(shí)， D e= 2.149 x 10-6 e–/pixel/s,20,噪聲和信噪比 光電響應(yīng)模型,光譜范圍?1～?2的CCD輸出電壓VS,其中，VD和Vn分別為暗電流和噪聲，R(?)為光譜響應(yīng)度，E (?)為光譜輻照度；當(dāng)利用平均光譜參數(shù)時(shí)，,（3－12）,（3－13） （3－7）,21,噪聲和信噪比,噪聲的類型 隨機(jī)噪聲（Random Noise): 時(shí)空域上隨機(jī)變化，只能用統(tǒng)計(jì)特性描述； 圖形噪聲（Pattern Noise): 時(shí)域上不變，空域上變化。,22,噪聲和信噪比,23,噪聲和信噪比,24,噪聲和信噪比 隨機(jī)噪聲,只考慮CCD芯片內(nèi) 霰粒噪聲 ?shot 復(fù)位噪聲 ?reset 暗電流噪聲 ?dark 放大器噪聲 ?a,25,噪聲和信噪比 霰粒噪聲（Shot Noise),霰粒噪聲是與入射光子數(shù)隨機(jī)變化有關(guān)的噪聲，在給定時(shí)間內(nèi)入射光子數(shù)服從帕松（Poisson)分布，霰粒噪聲的均方根值（以電子數(shù)計(jì)） S為信號(hào)電子數(shù)。 暗電流噪聲（ndark為暗電流電子數(shù)）,3－14,3－15,26,噪聲和信噪比 熱噪聲,熱噪聲是白噪聲； 電阻R上熱噪聲的均方根電壓 k: 波爾茨曼常數(shù)，T:絕對(duì)溫度，B:帶寬,27,噪聲和信噪比 噪聲等效帶寬（NEB）,28,噪聲和信噪比 復(fù)位噪聲,29,噪聲和信噪比 輸出放大器噪聲,白噪聲（White Noise)： 輸出放大器電阻的熱噪聲,閃爍噪聲（Flicker Noise) (1/f 噪聲）,3－16,30,噪聲和信噪比 總隨機(jī)噪聲,總的隨機(jī)噪聲包括霰粒噪聲、暗電流噪聲、復(fù)位噪聲和輸出放大器噪聲。,3－17,3－19,3－18,一般將復(fù)位噪聲和輸出放大器噪聲稱為讀出噪聲?read，上式改寫為：,31,噪聲和信噪比 信噪比,通常計(jì)算CCD信噪比時(shí)，只考慮時(shí)域上的隨機(jī)噪聲。因?yàn)榭臻g分布的圖形噪聲是可以補(bǔ)償?shù)?。為了?yán)格起見(jiàn)，我們還是將這樣計(jì)算的信噪比標(biāo)注為SNRr，計(jì)算公式為：,有時(shí)，對(duì)目標(biāo)成像是在光照背景下完成的，背景信號(hào)為SB，計(jì)算公式應(yīng)做如下修改：,3－20,3－21,32,噪聲和信噪比 圖形噪聲（ Pattern Noise),固定圖形噪聲（FPN) 無(wú)照明時(shí)，像元與像元之間輸出的變化，主要為各像元之間暗電流的差別。 噪聲性質(zhì)：相加，可以補(bǔ)償。 響應(yīng)非均勻性（PRNU) 有照明時(shí)，像元與像元之間輸出的變化，主要為各像元之間響應(yīng)度的差別。將PRNU (U)定義為響應(yīng)度差的均方根值除以平均值 。 噪聲性質(zhì)：相乘，可以補(bǔ)償。,33,噪聲和信噪比 圖形噪聲（Pattern Noise),考慮固定圖形噪聲(FPN)和響應(yīng)非均勻性(PRNU)時(shí)的系統(tǒng)噪聲為：,當(dāng)忽略固定圖形噪聲(FPN)而只考慮響應(yīng)非均勻性(PRNU)時(shí)的系統(tǒng)噪聲為：,由于,所以：,3－22,3－23,3－24,34,噪聲和信噪比 信噪比極限,CCD可以達(dá)到的最大信噪比 光信號(hào)越強(qiáng)，信噪比越大，這時(shí)可以忽略讀出噪聲和暗電流噪聲。當(dāng)只考慮隨機(jī)噪聲時(shí)，總噪聲和信噪比為：,當(dāng)考慮響應(yīng)非均勻性(PRNU)時(shí)的系統(tǒng)噪聲和信噪比為：,滿阱電荷和響應(yīng)非均勻性是最大信噪比的限制。,3－25,3－26,3－27,35,噪聲和信噪比 探測(cè)極限,光信號(hào)非常弱時(shí)，信噪比很??；忽略暗電流噪聲時(shí)，當(dāng)只考慮隨機(jī)噪聲時(shí)，總噪聲和信噪比為：,SNRr等于一的曝光量稱為等效噪聲曝光量NEE。這時(shí)可以忽略響應(yīng)非均勻性的影響。 實(shí)際上，這時(shí)是不能忽略暗電流噪聲的。,讀出噪聲和暗電流決定CCD的探測(cè)限制。,3－28,3－29,36,噪聲和信噪比 提高信噪比的方法,為了提高信噪比必須降低噪聲： 復(fù)位噪聲和放大器噪聲 －相關(guān)雙采樣技術(shù) 暗電流噪聲 － 制冷 固定圖形噪聲(FPN) － 補(bǔ)償(必須預(yù)先測(cè)量) 響應(yīng)非均勻性(PRNU) －補(bǔ)償(必須預(yù)先測(cè)量) 光子霰粒噪聲 － 不能降低和補(bǔ)償，是信噪比的限制 （滿阱電荷影響）,37,噪聲和信噪比 提高信噪比的方法,相關(guān)雙采樣可以抑制復(fù)位噪聲和放大器1/f 噪聲。,,？,38,動(dòng)態(tài)范圍,,,,,,,動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)描述CCD能夠探測(cè)最小光能量和最大光能量比例的性能參數(shù)，在許多應(yīng)用中是很重要的。 最小光能量 CCD能探測(cè)的最小光能量應(yīng)該是其輸出信噪比大于或等于1的光能量，定義使CCD輸出信噪比等于1的光能量為等效噪聲曝光量NEE 最大光能量 CCD能探測(cè)的最大光能量是CCD的飽和曝光量SEE,動(dòng)態(tài)范圍DR：,3－30,39,動(dòng)態(tài)范圍,,,,,,,動(dòng)態(tài)范圍也可以用滿阱電荷和讀出噪聲電子數(shù)來(lái)計(jì)算 滿阱電荷nwell可以表示CCD探測(cè)最大信號(hào)能力，讀出噪聲電子數(shù)?read可以表示CCD探測(cè)最小信號(hào)能力。,動(dòng)態(tài)范圍DR：,有的廠家將動(dòng)態(tài)范圍定義為飽和電壓與暗信號(hào)之比，不是很合理。,3－31,40,像元尺寸和像元數(shù),,,,,,,像元尺寸和像元數(shù)是決定系統(tǒng)視場(chǎng)角和分辯率的重要參數(shù)，在某種程度上也是決定系統(tǒng)體積和重量的決定性因素。,像元尺寸a的大小直接影響光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗_定了系統(tǒng)的Nyquist頻率fN ：,3－24,41,像元尺寸和像元數(shù),,,,,,,Nyquist頻率越高，光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工和裝調(diào)就越困難。一般高級(jí)膠片相機(jī)，如Nikon相機(jī)在Nyquist頻率小于或等于50lp/mm時(shí)具有較好的成像質(zhì)量。,42,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,像元數(shù)：5000，像元尺寸： 7?m ×7 ?m,啞像元(Dummy Pixels)和暗信號(hào)參考像元,43,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,44,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,測(cè)試條件：Ta = 25°C, VOD = 12 V, Vφ = VSH = VRS = VCP = 5 V (脈沖), fφ = 1 MHz, tINT = 10 ms, 光源：日光型熒光燈, 負(fù)載電阻 = 1.00 kΩ。,注2: 在50%飽和曝光量 (典型值)處測(cè)量 PRNU的定義 : χ 是信號(hào)平均值，Δχ 是最大偏差（通道1） 在 2500 像元模式(通道2)工作時(shí), 測(cè)試條件同上。 注3: VSAT 定義為所有有效像元最小的飽和輸出電壓。 注 4:飽和曝光量 SE的定義 :,45,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,46,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,注5: VDRK 定義為所有有效像元暗信號(hào)電壓的平均值。DSNU定義為VDRK 與 VMDK 的差值， VMDK是暗信號(hào)電壓最大值。,注 6: 動(dòng)態(tài)范圍 DR定義 : VDRK 與積分時(shí)間 tINT 成比例，短積分時(shí)間 有可能增大DR。,注 7: DC 信號(hào)輸出電壓和 DC 補(bǔ)償輸出電壓定義為右圖,注8: PRNU (3) 定義為在 5% SE (典型值)條件下，相鄰像元間最大信號(hào)電壓差。,47,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,48,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D舉例,,,,,,,注 9: 隨機(jī)噪聲定義為無(wú)照明條件下兩個(gè)相鄰有效像元之間信號(hào)差值的標(biāo)準(zhǔn)方差(?) 。計(jì)算過(guò)程如下：,一次讀出的兩個(gè)像元 (n 和 n + 1) 確定作為測(cè)量點(diǎn)； 每次輸出時(shí)，取 200 ns內(nèi)平均作為 Vn和Vn + 1； 用 Vn 減去 Vn + 1得到ΔV： ΔV＝ Vn－ Vn + 1； 4）重復(fù)讀出30次并作2)和3)步，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方差(?),49,CCD主要性能指標(biāo) TCD1503D,,,,,,,5) 重復(fù)2)、 3) 和 4)步 10 次得到 10 個(gè)?值,6）利用上述方法計(jì)算的σ 值是實(shí)際隨機(jī)噪聲的 倍 ，最后隨機(jī)噪聲為：,50,噪聲和信噪比 噪聲的測(cè)量,以2048像元線陣列CCD為例說(shuō)明 試驗(yàn)設(shè)備：積分球 被試設(shè)備：線陣CCD相機(jī),51,噪聲和信噪比 線陣列CCD噪聲測(cè)量,亮場(chǎng)條件下測(cè)量，獲取200行圖像數(shù)據(jù)g(i,j)， i=1～2048，j=1～200，總噪聲 為:,像元 i 200次平均值,像元 i 噪聲,總噪聲,52,噪聲和信噪比 線陣列CCD固定圖形噪聲測(cè)量,暗場(chǎng)條件下測(cè)量，獲取200行圖像數(shù)據(jù)g(i,j)， i=1～2048，j=1～200，固定圖形噪聲 為,像元i暗電流平均值,暗電流總平均值,53,噪聲和信噪比 線陣列CCD暗電流噪聲測(cè)量,暗場(chǎng)條件下測(cè)量，獲取200行圖像數(shù)據(jù)g(i,j)， i=1～2048，j=1～200，暗電流噪聲 為,54,噪聲和信噪比 線陣列CCD響應(yīng)非均勻性測(cè)量,通過(guò)改變?nèi)肷涔鈴?qiáng)度從輸出10%到80%飽和輸出測(cè)量8組圖像數(shù)據(jù)，每組500行。對(duì)每組數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)輸出平均值：,差的峰峰值或均方差表示響應(yīng)度的非均勻性。,55,噪聲和信噪比 線陣列CCD響應(yīng)非均勻性測(cè)量,,,,,,,,,56,噪聲和信噪比 線陣列CCD響應(yīng)非均勻性測(cè)量,,,,,,,,,57,線陣列CCD響應(yīng)線性度測(cè)量,通過(guò)改變?nèi)肷涔鈴?qiáng)度從輸出10%到80%飽和輸出測(cè)量8組圖像數(shù)據(jù)，每組200行。同時(shí)紀(jì)錄光亮度監(jiān)視輸出數(shù)據(jù) ，對(duì)每組數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)輸出平均值（m=1～8)： 利用最小二乘法計(jì)算，計(jì)算線性擬和的殘差。,58,響應(yīng)線性度測(cè)量,,,,,,,59,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),,,,,,,國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有完整的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn), 準(zhǔn)備推出一份通用規(guī)范。,歐洲歐空局(ESA)于1993年提出一個(gè)CCD測(cè)試規(guī)范： Electro-Optical Test Methods for Charge Coupled Devices ESA/SCC Basic Specification No. 2500,60,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,整個(gè)規(guī)范分為六部分： 1 范圍 2 引用文件（空） 3 術(shù)語(yǔ)、定義、縮略語(yǔ)、符號(hào)和單位 4 測(cè)試設(shè)備 5 電氣測(cè)試方法（包含5項(xiàng)測(cè)試） 6 光電測(cè)試方法（包含29項(xiàng)測(cè)試）,61,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,第三部分中定義了CCD輸出波形 CCD輸出的行頭,輸出,輸出,CCD,CDS,62,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,CCD輸出的行尾,Vs:信號(hào)電壓,寄存器暗電流,寄存器暗電流+行轉(zhuǎn)移殘留信號(hào),CCD,輸出,CDS,輸出,63,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,理想CCD輸出,64,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,第五和第六部分的測(cè)試方法中，每項(xiàng)測(cè)試包括的內(nèi)容： 測(cè)試參數(shù)名稱 1 該參數(shù)定義 2 測(cè)試原理 3 測(cè)試條件,下面介紹光電測(cè)試方法中的第4項(xiàng)(隨機(jī)噪聲)，17項(xiàng)(響應(yīng)度)和19項(xiàng)(量子效率)。,65,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.4 隨機(jī)噪聲(Temporal Noise) 6.4.1 定義 CCD輸出中的隨機(jī)噪聲有以下來(lái)源： (1) CCD輸出放大器噪聲 (2)復(fù)位噪聲 (3)霰粒噪聲（包括光電信號(hào)和暗電流） (4) CCD片外電路噪聲以及時(shí)鐘和偏置引線干 擾引入的噪聲,假定噪聲(4) 在總噪聲中占的比例很小，總噪聲是其它3項(xiàng)的均方根值。,66,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.4.2 測(cè)試原理 (1) 器件處于正常工作狀態(tài)，詳細(xì)記錄CCD負(fù)載以及測(cè)試放大器增益等數(shù)據(jù)；,67,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.4.2 測(cè)試原理 (2) 獲取一個(gè)像元的N次連續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)Xi，噪聲?m為：,其中G為片外增益，N至少應(yīng)該為1000。如有必要，可以對(duì)一組具有相同噪聲的像元進(jìn)行測(cè)量平均,測(cè)量像元是啞像元，如使用有效像元，應(yīng)考慮暗電流影響。,68,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.4.2 測(cè)試原理 (3) 當(dāng)相鄰(一行或一列)像元的噪聲不相關(guān)時(shí)，可以采用如下方法測(cè)量?m：,連續(xù)對(duì)同一列或同一行進(jìn)行兩次測(cè)量，獲數(shù)據(jù)L1和L1’。 L1 ：x1、x2 … xN; L1’ ： x1’、x2’ … xN’ 去除響應(yīng)非均勻性影響后，可以用下式計(jì)算?m。,69,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.4.2 測(cè)試原理 在(2)和(3)測(cè)量中，總噪聲中包括了測(cè)量?jī)x器噪聲。使用如下圖的CCD仿真電路代替CCD標(biāo)定儀器的噪聲?0 。,去除儀器噪聲，可以得到CCD的噪聲：,70,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.4.3 測(cè)試條件 器件處于黑暗的條件； 溫度：25±3°C (在詳細(xì)規(guī)范中指定的外)； 像元讀出頻率應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出。,71,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.17 響應(yīng)度 R (Responsivity) 6.17.1 定義 響應(yīng)度 R是在給定波帶寬度照明下，有用信號(hào)電壓(不包括暗信號(hào))與曝光量(J/m2) 之比。 響應(yīng)度 R是光電靈敏度和電荷－電壓轉(zhuǎn)換因子兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)。,72,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.17.2 測(cè)試原理 在給定波帶寬度條件下，對(duì)給定的入射光強(qiáng)度，輸出信號(hào)是Va (mV) 測(cè)量入射光強(qiáng)度：E (mW/m2), 積分時(shí)間：Ti (ms) 響應(yīng)度R用下式計(jì)算：,73,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,6.17.3 測(cè)試條件 器件均勻照明； 溫度：25±3°C (在詳細(xì)規(guī)范中指定的外)； 需要平均的像元數(shù)應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出； 測(cè)試每組像元的位置應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出； 波長(zhǎng)范圍和光譜分辯率應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出。,74,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.19 量子效率QE(Quantum Efficiency) 6.19.1 定義 給定波長(zhǎng)的QE是半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子數(shù)(對(duì)應(yīng)有用信號(hào)，不包括暗信號(hào))與入射光子數(shù)之比。,75,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.19.2 測(cè)試原理 QE是由給定波長(zhǎng)的響應(yīng)度R導(dǎo)出的，導(dǎo)出公式為：,76,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,,6.19.2 測(cè)試原理 QE是由給定波長(zhǎng)的響應(yīng)度R導(dǎo)出的，導(dǎo)出公式為：,77,CCD性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) ESA/SCC No. 2500簡(jiǎn)介,,,,,6.19.3 測(cè)試條件 器件均勻照明； 溫度：25±3°C (在詳細(xì)規(guī)范中指定的外)； 需要平均的像元數(shù)應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出； 測(cè)試每組像元的位置應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出； 波長(zhǎng)范圍和光譜分辯率應(yīng)在詳細(xì)規(guī)范中給出。,78,CCD的主要性能指標(biāo)是選擇CCD的重要依據(jù)。 CCD的主要性能指標(biāo)是進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。 CCD性能指標(biāo)的測(cè)試在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有獲得足夠的重視，需要改進(jìn)。,小結(jié),