TDI CCD视频响应性能的高精度检测

摘  要： TDI CCD主要应用于空间遥感和科学实验中。为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够、检测方法不够准确等问题，提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。实验结果表明，暗电流信号和CCD噪声的测量不确定度是以往测量方法的1/10，其他视频响应性能的不确定度也仅为以往测量方法的1/5。该测量方法提高了TDI CCD视频响应的检测精度和准确性。
关键词： 时间延迟积分电荷耦合器件；视频响应；暗电流信号；CCD噪声

    TDI CCD技术的提出已经有很长时间，但是由于其制造成本和制造工艺的原因，其应用范围还不广泛，目前主要应用于空间遥感和科学实验中[1-4]。针对TDI CCD视频响应性能的检测方法很多，但检测准确性和检测精度不够。TDI CCD视频响应性能主要包括暗电流信号、CCD噪声、固定图形噪声和饱和电压等[5]。为了解决TDI CCD性能检测过程中精度不够、检测方法不够准确等问题，本文将增加TDI CCD视频信号的增益和量化位数，并提出了一套更为科学而准确的高精度TDI CCD性能检测方法。
1 TDI CCD视频信号处理功能的改进
    TDI CCD视频信号处理功能的改进如图1所示，可调增益放大器对真实视频信号进行放大，增益可调范围设置为-6 dB～+40 dB，视频AD转换器实现16 bit高量化位数模数转换，可以在高动态范围下完全检测出TDI CCD噪声，实现TDI CCD相机光电性能的高精度检测。

2 制定TDI CCD视频响应性能检测方法
    TDI CCD相机视频响应性能参数包括饱和输出电压、CCD噪声、固定图形噪声、暗电流信号等。TDI CCD视频响应性能检测方法如图2所示，选用发光LED作为光源，发光LED放在光学导轨上，TDI CCD信号处理板放置在光学导轨的终端，通过调整发光LED与TDI CCD之间的距离来改变TDI CCD面的辐射照度，TDI CCD信号处理板输出的高量化位数的数字图像通过Cameralink总线传给计算机进行数据处理。

  

4 实验结果

    根据式（1）～式（7），分别对TDI CCD的暗电流信号、CCD噪声、饱和电压、固定图形噪声等视频响应参数进行了计算，其测量值和测量不确定度如表1所示。测量不确定度是通过对同一片TDI CCD，使用相同方法进行重复测试而得出的[7]。
    本文提出了一种科学而准确的高精度TDI CCD 性能检测方法，对TDI CCD各项视频响应的检测方法和计算方法进行了深入的研究和改进。通过对TDI CCD视频信号的处理，使增益可调范围扩展到-6 dB～+40 dB，量化位数增加到16 bit，使TDI CCD的暗电流信号和CCD噪声的不确定度缩至1/10，其他视频响应性能的不确定性也缩小至不足1/5，提高了TDI CCD视频响应参数的检测精度和准确性。

参考文献
[1] 薛鸣球，沈为民.轻小型高分辨率TDI CCD相机的光学设计[M].北京：科学出版社，2005：158-163.
[2] 韩昌元.高分辨力空间相机的光学系统设计[J].光学精密工程，2008，16(11)：2164-2172.
[3] 李朝辉，王肇勋，武克用.空间相机CCD焦平面的光学拼接[J].光学精密工程，2000，8(3)：213-216.
[4] 李国宁，刘妍妍，金龙旭，等.大视场时间延迟积分电荷耦合器件相机静态传递函数自动测试系统[J].光学学报，2010，30(11)：3171-3176.
[5] 李益民，刘岩俊，何昕，等.高精度CCD拼接相机标定方法研究[J].半导体光电，2008，29(5)：799-802.
[6] 王军，冯伟，刘金国，等.大视场多CCD拼接相机标定方法研究[J].光学与光电技术，2004，2(6)：7-9.
[7] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京：机械工业出版社，2007：68-70.