1 南华大学资源环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001
3 中国原子能科学研究院辐射安全研究所, 北京 102413
4 中核新能源投资有限公司, 北京 100037
5 北京控制工程研究所, 北京 100094
研究并对比了6类电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器的辐射响应均匀性。设计辐射实验,对像素阵列中响应信号在不同统计区域内的像素值增量平均值和非均匀度进行分析与讨论,重点研究了各类固态图像传感器像素阵列全局、区域和代表像元的辐射响应均匀性。实验结果表明:在稳态γ射线辐射场辐照条件下,帧图像中的响应信号增量并非固定值;像素阵列各区域内响应信号的均匀性不因辐照剂量率的变化而变化,对于相同的图像传感器,辐射在任意帧图像中产生辐射响应信号的分布与像素阵列中任意像素在多帧图像中出现辐射响应的分布相同,但由于传感器的本底噪声存在差异,单个像元、区域像素的统计结果与全局存在偏差。本研究为提高基于图像传感器的γ射线辐射探测技术,实现无遮光条件下在线辐射探测提供了理论依据和数据支持。
传感器 电离辐射响应 非均匀性 γ射线; 像素
为校正长波红外探测器辐射响应非均匀性, 抑制非线性和随时间漂移, 提出了一种基于分段两点校正法和局部恒定统计的校正方法. 首先, 对非均匀性噪声建模, 利用分段两点校正法进行粗校正; 其次, 利用绝对偏差中值法剔除异常像素, 并迭代累加得到均值图像; 最后, 对均值图像滤波, 求得校正系数矩阵并对图像精校正. 搭建了原理样机, 进行了两次实验室标定实验和一次外场实验. 实验结果表明: 本文方法可以将黑体图像标准差从2.75降低至2.26, 将外场图像粗糙度从1.47×10－2降低至1.03×10－2. 本文方法复杂度低、鲁棒性强、精度高, 可以有效去除非均匀性噪声.
红外焦平面阵列 非均匀性校正 辐射响应 标定 Infrared focal plane array Non-uniformity correction Radiation response Calibration
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室 安徽 合肥 230031
比辐射星上定标器以太阳照射的漫反射板为参考光源,通过比值辐射计对漫反射板在轨衰变进行修正,实现光学遥感器的绝对辐射 定标及长期稳定性监测。比值辐射计辐射响应特性是影响在轨定标精度的主要因素之一。对比值辐射计辐射响应特性进行了 评估,获取了绝对响应度,并测量了响应非线性、非稳定性。结果表明绝对辐射响应度定标合成不确定度优于2.88%,非线性 优于0.93%,非稳定性优于0.52%,满足在轨定标应用需求。
光学遥感 星上定标 比值辐射计 辐射响应特性 optical remote sensing on-board calibration ratioing radiometer radiation response characteristics
1 南华大学 环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 中国核动力研究设计院, 四川 成都 610213
为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异, 对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验, 对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表明: 光子响应程度均与辐射剂量率相关; CCD像素传感器的沟道传输方式使每列像元间的辐射响应更容易相互干扰; 平均灰度值随剂量率的增大存在明显的梯度, 各积分周期内输出信号灰度值围绕均值上下波动, CCD像素传感器输出信号灰度浮动范围较小; CMOS像素传感器各像元对光子的响应更加明显, CCD像素传感器各像元的响应信号易与相邻像元发生串扰; 各类像素传感器典型辐射响应事件区域中发生光子响应的像元数量随剂量率的增大而增多, 响应事件并非单个光子的行为, 而是反映了多个光子在区域内同时沉积能量的过程。本研究为开发像素传感器的γ射线辐射探测技术和应用提供了重要的理论分析和实验数据支撑。
互补金属氧化物半导体 电荷耦合元件 像素传感器 光子电离辐射 辐射响应特性 complementary metal oxide semiconductor(CMOS) charge coupled device(CCD) pixel image sensor photon ionizing radiation radiation response characteristics
南华大学环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001
分析了含有4个晶体管的钳位光电二极管有源像素传感器(4T-PPD-APS)的结构特点以及γ射线光子在像元内的能量沉积过程。通过建立传感器像元及像素阵列仿真计算模型,并结合γ射线辐射响应实验,对有源像素传感器(APS)在不同光子能量及不同放射性水平条件下的响应特性进行了研究。研究结果表明:γ光子在光电二极管空间电荷区内沉积能量并形成扩散光电流是APS发生光子响应现象的根本原因;像素值的平均值随剂量率的增大呈先增大后趋于饱和的趋势;当典型事件区域内出现多个峰值时,像素值的统计值不能准确反映辐射场放射性水平。
探测器 互补金属氧化物半导体有源像素传感器 光子辐射响应 钳位光电二极管
电荷耦合器件(CCD)作为一个将光学图像转换到电子学图像的传感器，其成像质量与辐射响应参数的性能直接相关。针对面阵CCD 越来越广泛的应用，提出利用“辐射响应矩阵”的概念和评价方法，表述面阵CCD 每个像元的辐射性能参数。分析该矩阵，明确矩阵各元素的物理意义，并将面阵CCD 每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的数学关系与其物理含义一一对应。对面阵CCD DALSA-FTF6080M 进行辐射性能检测，并利用辐射响应矩阵计算出各像元的响应系数。以测试结果为例，讨论和描述该矩阵的应用结果。实验结果表明：使用辐射响应矩阵可以计算出面阵CCD 非均匀性为3.1%，该CCD 近似成线性响应，暗噪声为3.84。此方法实用，满足对面阵CCD 的客观评价。
面阵CCD 辐射相应矩阵 CCD 光电性能 响应度 激光与光电子学进展
2014, 51(8): 080402
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了能采用物理意义明确的函数式来表述大格式电荷耦合器件(CCD)的性能参数，直观地实现对面阵CCD辐射性能的评价，本文提出利用“辐射响应函数矩阵”概念来表述CCD每个像元的辐射性能参量。首先，分析了该矩阵各元素的物理意义，提出了对CCD每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的描述方法。其次，对面阵CCD KAI-16000进行辐射性能检测，并利用回归分析计算出各像元的响应系数。最后，以测试结果为例，讨论和描述该矩阵的应用和结果。实验结果表明：该CCD近似成线性响应，通过矩阵函数可以计算出CCD非均匀性为3.1%，暗噪声为3.84。此方法实用，满足对大格式CCD直观表述的要求。
电荷耦合器件 辐射响应 函数矩阵 光电性能 响应度 Charge Coupled Device (CCD) radiation response function matrix photoelectrical performance response
