1 北京理工大学 光电学院，北京 100081
2 华东光电集成器件研究所，江苏 苏州 215163
1280×1024 EMCCD是一种内线转移结构的固态微光成像器件，具备从星光条件到阳光环境的全天时成像探测能力，可广泛用于航天遥感、视觉感知和无人驾驶等领域。但由于器件饱和输出的限制，当入射光强度很高的情况下，EMCCD会发生光晕现象，造成图像分辨率降低，影响EMCCD获取目标信息的能力。为了提升EMCCD环境适应性，避免光晕现象的产生，文中分析了EMCCD光晕产生的原因，介绍了纵向抗晕的工作原理，通过理论推导分析和数值模拟仿真的方法，设计了具有纵向抗晕结构的EMCCD像元，制作了具有抗晕功能的1280×1024 EMCCD器件和原理演示样机，仿真数据和测试结果表明，文中设计的纵向抗光晕结构EMCCD具有500倍抗晕能力。
EMCCD 内线转移 光晕 饱和输出 抗晕能力 EMCCD interline transfer blooming saturation output antiblooming 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210083
基于大面阵InGaAs基线性背照工作模式APD光敏芯片，采用SMIC 0.35 μm 3.3 V CMOS工艺实现了一款单片集成面阵激光雷达读出电路。电路芯片与APD光敏芯片的每个像元通过In柱互连，实现电流脉冲的有效传输与接收。仿真和测试表明，基于可调节共源共栅输入级和自偏置共源放大级的像元级前置放大器实现了等效5 μA@2.5 ns脉宽的电流检测灵敏度；在片上125 MHz主时钟下，基于计数型和压控延迟型的二段式像元级TDC，通过多相位时钟插值技术实现了1 ns的高精度时间分辨率；采用分时供电的工作模式，32×32面阵读出电路芯片功耗节省了65%。
读出电路 前置放大器 时间数字转换电路 激光雷达 APD ROIC preamplifier time digital convertor ladar APD 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190529
1 北京理工大学光电学院纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室，北京 100081
2 华东光电集成器件研究所，江苏苏州 215163
3 中国兵器科学研究院，北京 100089
近红外辐射是夜天光的重要成分，充分利用近红外辐射是提高真彩色夜视成像系统信噪比的有效手段。然而，对近红外辐射反射率高的绿色植物在真彩色夜视图像中存在偏色严重的问题。本文分析了红、绿、蓝通道中绿色植物图像的灰度值分布后发现：①绿色植物区域的景深大；②全通通道和红色通道的差值为不含近红外辐射的绿、蓝分量之和，且绿色植物区域在差分图像中的绿、蓝分量很小。本文基于这两个特点提出一种景深差分提取绿色植物的方法，之后根据色彩平衡原理利用所提取的绿色植物区域去调整红色通道和蓝色通道的值。结果表明：该方法能够有效校正近红外辐射对图像色彩的影响，还原绿色植物图像的色彩。
颜色校正 景深差分 提取绿色植物 色彩平衡 真彩色夜视 近红外 color correction, differential depth of field, ext
1 北京理工大学 光电学院 纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室，北京 100081
2 华东光电集成器件研究所，江苏 苏州 215163
3 常熟理工学院 物理与电子工程学院，江苏 苏州 215500
4 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
单一探测器实现多维度信息获取是光电探测未来的发展方向。针对目标探测中能量和偏振信息不能兼顾的问题，提出了一种同时具有偏振-微光功能的像元阵列结构。通过引入白光通道和精简偏振通道，可在EMCCD器件上实现偏振和微光探测的一体化集成。实验结果表明，在微光条件下，探测器高灵敏性能被保持，低照度下的成像质量几乎不衰减；偏振模式下，白光通道和两个偏振角度使探测器能够获得足够的偏振信息，实现对目标的偏振探测。该方法实现了高灵敏度成像探测和偏振信息探测的同步获取，是一种通过算法处理就能够实现探测模式可重构的新方法。
偏振 微光 可重构探测器 EMCCD EMCCD polarization low light reconfigurable detector
1 北京理工大学 光电学院 纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室, 北京 100081
2 华东光电集成器件研究所, 江苏 苏州 215163
3 中国兵器科学研究院, 北京 100089
针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题, 提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法, 通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻, 实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门, 并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式; 使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾(smear)效应; 采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明, 通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊, 并实现夜间的高动态范围夜视成像, 显著提升图像细节。
电子快门 抗光晕通道 漏光-拖尾效应 高动态范围图像 EMCCD EMCCD electronic shutter anti-blooming channel smear effect high dynamic range imaging 红外与激光工程
2018, 47(6): 0620001
南京理工大学 光电技术系, 江苏 南京 210094
针对光子数极少环境下三维目标的重构问题, 基于光子计数集成成像系统提出了一种贝叶斯自适应估计方法, 来提高三维目标深度切片的重构质量。首先, 通过光子计数集成成像系统获得一系列光子计数元素图像。接着, 从光子计数过程的泊松分布出发, 利用集成成像系统中对于同一个目标像素的多次采样特性, 引入了局部自适应均值因子, 从而建立起元素图像像素光子数估计的单参数后验概率模型。最后, 通过后验概率模型的均值计算获得更新后的光子计数元素图像, 并基于光束可逆原理重构出深度切片图像。实验结果表明：采用该方法在场景的两个深度处重构的切片图像相比传统贝叶斯重构图像的峰值信噪比提高了7.4 dB和8.5 dB, 极大地提升了微弱光三维目标的重构质量。
光子计数 深度切片 贝叶斯估计 自适应均值 集成成像 photon counting depth slice Bayesian estimation adaptive mean integral imaging
1 北京理工大学, 北京 100081
2 华东光电集成器件研究所, 江苏 苏州 215163
EMCCD作为一种新型的光电传感器, 在现代军用光电成像技术正得到越来越广泛的应用。本文将 EMCCD组件应用于单兵综合侦察仪中, 满足了装备昼夜探测的需求。同时根据约翰逊准则, 考虑系统的光能量传递特性和目标在靶面上的压行数等因素, 理论估算出其作用距离。通过试验结果表明理论估计的正确性, 验证了 EMCCD昼夜通用的性能, 为装备选型提供依据。
光电成像技术 单兵侦察 距离估算 optoelectronic imaging technology EMCCD EMCCD individual reconnaissance distance estimation
