为获得高增益的电子轰击型有源传感器(EBAPS),对EBAPS成像器件中电子倍增层的电荷收集效率的影响因素进行了研究。基于载流子输运理论,采用蒙特卡罗方法研究了钝化层种类、厚度、入射电子能量、P型基底厚度和掺杂浓度对二次电子分布及收集的影响。结果表明:为提高入射电子的入射深度进而提高电荷收集效率,宜采用密度小的SiO2作为钝化层;为了减少钝化层对倍增电子的复合进而提高电荷收集效率,宜降低钝化层厚度和提高入射电子能量;为了降低倍增电子扩散过程中载流子的复合进而提高电荷收集效率,宜降低P型基底的厚度和掺杂浓度。
材料 传感器 电子轰击有源像素传感器 均匀掺杂 电子倍增层 钝化层 电荷收集效率 中国激光
2023, 50(18): 1803001
南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
电子轰击型有源像素传感器(electron bombarded active pixel sensor,EBAPS)具有高增益、快响应、低功耗和低成本等优点,研究EBAPS已成为微光夜视成像技术的一个重要发展方向。国内相关机构在电路设计时,对于EBAPS成像电路中所涉及到的芯片主要还是依赖于进口,为加快EBAPS器件成像电路的国产化进程,研制了一套基于EBAPS的全国产成像电路评估板。该电路以国产复旦微FMK50t系列的FPGA芯片为主控芯片,通过设计CMOS( complementary metal oxide semiconductor) 驱动模块、数据处理模块、Cameralink显示模块等,分别完成对EBAPS器件的驱动、数字图像处理和实时显示等功能。实验结果表明:在轰击高压为负1 500 V的情况下,该国产EBAPS相机的最低探测照度可达到10?3lx量级。
EBAPS 国产 FPGA 成像系统 electron bombarded active pixel sensor domestic field programmable gate array imaging system
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 微光夜视技术重点实验室,陕西 西安 710065
电子轰击有源像素传感器(EBAPS)是一种利用真空技术将光阴极、电子敏感有源像素传感器(APS)芯片和基座封装成的真空-固体混合型微光器件。积分灵敏度是EBAPS重要的性能参数之一,但国内目前还缺乏相应的测试手段。因此,基于EBAPS的工作原理和微光像增强器的光谱响应测试方法,用数字-电子转换因子和输出信号得到的电子数对光谱响应度进行表征,并设计了EBAPS的光谱响应测试系统。利用该系统获得了EBAPS器件在-800 V工作电压下的光谱响应曲线,器件的积分灵敏度为3.2×108(s·lm)-1,重复度为0.65%。
探测器 电子轰击 有源像素传感器 光谱响应 测试系统 电子数 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1304001
侯娅贤 1,2,3赵汝进 1,2,3马跃博 1,2,3何隆东 1,2,3朱自发 1,2,3
1 中国科学院光电技术研究所, 成都60209
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都610209
为了提高高动态环境下星敏感器的质心提取精度,提出了一种基于自适应滤波的在轨校正方法。该方法能够适应角速度变化的星敏感器,自适应的调整校正矩阵。使用提出的基于时空相关性的噪声估计滤波器跟随星点窗口实时更新校正矩阵,对星点准确校正。与传统地面校正方法相比,本文方法不仅减少了成本,且实时更新校正矩阵,校正更加可靠。通过实验验证了所提算法在高动态下对星敏感器校正的有效性,与现有只能低速星敏感器(≤0.1°/s)的在轨校正方法相比,本文方法能适应更大范围的角速度(0~3°/s),准确的校正高动态星敏感器,提高质心提取精度,对提高星敏感器的动态性能具有指导意义。
星敏感器 有源像素传感器 背景噪声 质心提取 高动态 Star sensor Active pixel sensor Background noise Centroid extraction High dynamic
1 南华大学资源环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
3 中国工程物理研究院材料研究所, 四川 绵阳 621700
4 中国原子能科学研究院辐射安全研究所, 北京 102413
5 电子科技大学机械与电气工程学院, 四川 成都 611731
6 西北核技术研究所, 陕西 西安 710024
为了研究以CMOS有源像素传感器为感光元件的摄像机系统的辐射损伤模式及损伤表征,利用在线辐射实验的方法,结合辐射干扰噪声抑制算法,研究了彩色视频图像信息随辐射总剂量的变化情况,并讨论了不同辐射总剂量照射下硬件的辐射寿命,以及γ射线辐射对数字图像信息的影响。研究结果表明:摄像机的γ射线辐射损伤模式主要表现为透光率下降,传感器的暗电流增大、失真和损坏,以及主板的瞬时损坏;感光元件的辐射总剂量效应主要导致本底噪声的增大,且噪声主要集中在图像的暗部;暗电流导致图像灰条纹中平均像素值的增量远不及因镜头透光率下降而造成平均像素值的减小量;摄像机自带的曝光补偿功能在检测到视频图像亮度下降后会进行全局补偿处理,增大视频所有像元的像素值。该研究得到的视频图像信息随辐照总剂量变化规律可以作为一种以CMOS有源像素传感器为感光元件的摄像机辐射总剂量标定的一种方法,帮助判断此类摄像机的辐射损伤失效几率,提高视频监控系统在放射性环境中应用的可靠性。
光学器件 有源像素传感器摄像机 γ射线; 损伤模式 损伤表征 辐射寿命 光学学报
2020, 40(15): 1523002
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 101400
3 中国电子科技集团公司第五十五研究所, 江苏南京 210016
极弱光成像或者单光子成像在夜视、侦查以及空间科学等诸多领域都有迫切的应用需求。电子轰击型有源像素传感器(Electron Bombarded Active Pixel Sensor, EBAPS)具有高灵敏、高分辨率、低噪声、小体积、低功耗的特性, 正成为新一代先进的极弱光成像传感器。针对自主开发 EBAPS的应用需求, 选取了国内生产的有源像素像传感器(Active Pixel Sensor, APS)进行了相机电路开发。并针对穿戴式的资源约束, 选用了小尺寸、低功耗的 FLASH型 FPGA为主控芯片, 完成了 APS相机电路的软硬件设计与开发。测试显示, 在视频工作情况下, 整机功耗 0.6 W, 电子学噪声 6.7 mV, 基本实现了微型低功耗的相机要求, 为穿戴式 EBAPS相机研制奠定了基础。
电子轰击型有源像素传感器 极弱光成像 低功耗 electron bombarded active pixel sensor, FLASH FPGA FLASH FPGA
1 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心, 北京 100048
2 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
提出了一种基于动态序列噪声模板的主动式像素传感器(APS)星图去噪方法。该方法利用短时静态背景噪声与随机噪声阈值构建动态序列噪声模板,实现了对APS星图数据的去噪处理。以ZY-3卫星的APS原始星图作为实验数据进行研究,结果表明所提方法能很好地剔除条带和边缘噪声。与传统去噪处理方法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约12.98″;与全局阈值分割法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约2.16″;与静态背景噪声方法相比,所提方法的星图质心提取精度提升了约9.64″。这充分表明所提方法可有效提升APS恒星质心定位精度,适用于事后姿态处理。
机器视觉 主动式像素传感器 动态背景 星图处理 质心提取 星对角距