CCD成像技术及其在遥感中的应用.ppt

CCD成像技术及其在遥感中的应用第三章 CCD的主要性能指标 内容 CCD的主要性能指标 量子效率QE和响应度R 暗电流和暗电流噪声 噪声和信噪比 动态范围 实例说明 CCD性能指标测试标准 小结 CCD的主要性能指标 轨道高度(H) 地面像元分辨率(GSD) 系统静态传递函数(MTFsys) 光谱波段(BW) 地面覆盖宽度 最小太阳高角(?)时信噪比(SNR) 相机质量(M) 相机功耗(P) CCD的主要性能指标 CCD的主要性能指标 CCD的主要性能指标指的是对系统性能产生主要影响的指标。 主要性能：量子效率QE（响应度R）、饱和曝光量SEE、传递函数(MTFCCD )、噪声n、暗电流等。 其它性能：像元尺寸、像元数、电荷转移效率、响应非均匀性、环境适应能力等。 CCD的主要性能指标 CCD的主要性能指标 量子效率QE和响应度R 可以用量子效率计算响应度，响应度的单位是A/W或 。计算公式如下： 量子效率QE和响应度R 在CCD工作过程的最后一步，将电子电荷转换为电压，电荷转换因子CVF为： 量子效率QE和响应度R 举例 一个行间转移CCD器件的填充系数为50％,像元面积是11.4μm×13.8μm,电荷转换因子CVF为6μV/е-。如果量子效率?在0.6μm是 0.8 计算以V/?J/cm2为单位的响应度。Ap=7.87×10-7cm2。常数hc是1.99×10－25 J.m/photo。将数值代入3-4： 量子效率QE和响应度R 遥感相机CCD靶面上辐照量的计算： 条件：无穷远面发光目标，发光目标为朗伯体，发光强度与方向无关，辐出度为M0(W/m2)。 相机入瞳处辐亮度L为： 量子效率QE和响应度R 遥感相机CCD靶面辐照度 为： 量子效率QE和响应度R 有些CCD的响应度是以光度参数给出的，如R的单位是V/lx.s。当以光度参数给出响应度时，需要指定光源的色温。有时需要进行辐射度参数与光度参数之间的转换。 暗电流和暗电流噪声 暗电流对CCD成像的影响： 降低了动态范围； 增加了CCD噪声。 暗电流和暗电流噪声 在不同暗电流密度(nA/cm2)下，暗电流(e-/sec/pixel)与温度(°C)的关系曲线。 暗电流和暗电流噪声 为了将暗电流降低一倍，工作温度25°C时, 需要将温度降低 8°C ；-50°C时, 需要降低 4.8°C ；而 -100°C 时，只需降低2.9°C。 暗电流和暗电流噪声 TI公司TC271 在27℃时， Jdc＝100 pA/cm2 ； 阵列温度每增加 7～8℃，暗电流密 度增加一倍。 暗电流和暗电流噪声 CCD的暗电流在说明书中通常以以下三种方式给出：1）一定时间内的暗信号电子数；2）一定时间内暗信号的电压值；3）暗电流密度。 单位时间暗信号电子数的公式： 暗电流和暗电流噪声举例 CCD像元尺寸为12 ?m x 12?m， 300K 时暗电流密度10 pA/cm2 ，求出该CCD在 -10°C (263K), -50°C (223K) 和 -100°C (173K)时的暗电流 噪声和信噪比 光电响应模型 噪声和信噪比 噪声的类型 随机噪声（Random Noise): 时空域上随机变化，只能用统计特性描述； 图形噪声（Pattern Noise): 时域上不变，空域上变化。 噪声和信噪比 噪声和信噪比 噪声和信噪比 随机噪声 只考虑CCD芯片内 霰粒噪声 ?shot 复位噪声 ?reset 暗电流噪声 ?dark 放大器噪声 ?a 噪声和信噪比霰粒噪声（Shot Noise) 霰粒噪声是与入射光子数随机变化有关的噪声，在给定时间内入射光子数服从帕松（Poisson)分布，霰粒噪声的均方根值（以电子数计） S为信号电子数。 暗电流噪声（ndark为暗电流电子数） 噪声和信噪比 热噪声 热噪声是白噪声； 电阻R上热噪声的均方根电压 k: 波尔茨曼常数，T:绝对温度，B:带宽 噪声和信噪比 噪声等效带宽（NEB） 噪声和信噪比 复位噪声 噪声和信噪比 输出放大器噪声 白噪声（White Noise)： 输出放大器电阻的热噪声 噪声和信噪比 总随机噪声 总的随机噪声包括霰粒噪声、暗电流噪声、复位噪声和输出放大器噪声。 噪声和信噪比 信噪比 通常计算CCD信噪比时，只考虑时域上的随机噪声。因为空间分布的图形噪声是可以补偿的。为了严格起见，我们还是将这样计算的信噪比标注为SNRr，计算公式为： 噪声和信噪比图形噪声（ Pattern Noise) 固定图形噪声（FPN) 无照明时，像元与像元之间输出的变化，主要为各像元之间暗电流的