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CCD相机的噪声分析

2020.6.23
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

噪声是电子图像系统中不希望产生的信号成分。CCD作为一种图像传感器,无论是线阵还是面阵结构,其中混杂有各种噪声,因此大大影响了CCD在高精度测量领域中的应用。CCD信号的噪声处理,就是要尽可能消除这些高声干扰,而又不损失图像细节,一边准确的提取各像元中的信号成分。

CCD噪声有两个来源方面,一个是CCD渐渐本身所固有的噪声,如暗电流噪声、电荷转移噪声等等,在一个就是CCD工作中的各种噪声干扰,如KTC噪声等。CCD图像传感器的输出信号是空间采样的离散模拟信号,对CCD信号处理的目的就是在不损失图像细节的前提下尽可能消除噪声和干扰,以提高信噪比,获取高质量的图像。

在CCD中存在以下几种主要噪声:

(1)光子噪声:此种噪声是有光子的性质决定的,通常在低照度摄像时会比较严重。

(2)散粒噪声:散粒噪声于频率无关,在所有频率范围内有均匀的功率分布。在低照度、低反差条件下,当其他噪声被各种方法抑制后,散粒噪声将成为CCD的主要噪声,并决定了器件的极限噪声水平。美国的QSI相机就能克制这种噪声。

(3)转移噪声:CCD中的点好报的电荷未进行完全转移,一部分电荷残留在里面,后来成为电荷抱的噪声干扰。引起转移噪声的根本原因是转移损失、界面态俘获和体态俘获。

(4)暗电流噪声:暗电流分为扩散暗电流和表面暗电流。扩散暗电流产生于CCD的导电沟道区域,其扩散长度越短,暗电流越大,表面暗电流是指一个电子能够在热激发下从界面态越跳到导带,形成自由电子后又被势阱当做暗点和收集起来形成了电流。这种电流即使在无光的情况下也存在。

美国QSI相机(Quantum Scientific Imaging)公司生产的科学级、热电制冷CCD相机广泛应用于天文学、医学和工业成像等领域。QSI相机有着优越的性能,宽动态范围、良好的线性度、很低的噪声和创新的设计。近二十年来公司在顾客的需求下研制了能在极其艰难条件下应用的高质量CCD相机。目前QSI相机正在其经验基础上研发新一代科学级数码相机以满足市场需求。


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