为了评估电荷耦合器件（CCD）在空间科学探测以及航天卫星成像等空间辐射环境中应用的可靠性，揭示了CCD转换增益以及线性饱和输出等重要性能参数的退化机制及其实验规律。辐照实验在质子回旋加速器上进行，质子能量为60 MeV和100 MeV，质子注量分别为1×10¹⁰ cm^-2、5×10¹⁰ cm^-2和1×10¹¹ cm^-2。将CCD的主要性能参数在两个不同能量质子辐照后进行比较，实验结果表明，CCD的性能参数对质子辐照产生的电离损伤和位移损伤非常敏感，辐照后转换增益和线性饱和输出明显下降，且暗信号尖峰和暗电流明显增大。此外，分析了质子辐照CCD诱发的电离损伤和位移损伤，给出了CCD性能参数退化与质子辐照能量和注量的变化关系曲线。

电荷耦合器件(CCD)是用于空间光电系统可见光成像的图像传感器, 在空间应用环境下受辐射效应作用导致 CCD性能退化甚至失效。对于 CCD空间辐射效应的地面模拟试验研究, 辐照试验中 CCD采用合适的偏置条件是分析其空间辐射损伤的必要措施。由于 CCD对质子辐照导致的电离总剂量效应和位移损伤效应均非常敏感, 因此针对 CCD空间应用面临的电离总剂量效应和位移损伤效应威胁, 开展不同辐照偏置下 CCD的辐射效应及损伤机理研究。针对一款国产埋沟 CCD器件, 开展不同偏置条件下的 γ射线和质子辐照试验, 获得了 CCD的暗电流、光谱响应等辐射敏感参数的电离总剂量效应, 位移损伤效应退化规律以及辐照偏置对 CCD辐射效应的影响机制。研究表明, γ射线辐照下 CCD的偏置产生重要影响, 质子辐照下没有明显的偏置效应。根据 CCD结构和辐照后的退火试验结果, 对 CCD的辐射效应损伤机理进行分析。

微光遥感成像技术是用微光像增强CCD(ICCD)弥补现有CCD成像器件不足的遥感成像技术,其主要特点是宽光谱响应、低噪声、高灵敏度、大动态范围和智能电子控制。该技术的应用将大大拓展各类航天器的有效工作照度条件和时段范围,从白昼10 ⁵~10 ² lx(10:00-16:00,6 h有效遥感),扩展为白昼/晨曦/黄昏/月光条件下的10 ⁵~10 ^-1 lx(06:00-18:00,12 h有效遥感),使遥感器材能在更宽的时段内从事观察、报告、预警地面的突发事件,如自然灾害、恐怖活动,并为满足必要的地理、地质和测绘等需求提供实时信息。简要评述微光遥感成像技术的基本原理、系统组成、关键技术、性能测试、总体评价及推广应用等方面的最新研发动态和成果。

光谱响应是表征CCD性能的重要参数。为了研究辐射环境对CCD光谱响应产生影响的规律及物理机制, 开展了不同粒子辐照实验, 对CCD光谱响应曲线的退化形式及典型波长下CCD光响应的退化情况进行了分析。辐射效应对CCD光谱响应的影响可以分为电离总剂量效应和位移效应导致的退化, 本文从这两种辐射效应出发, 采用 60Co-γ射线及质子两种辐照条件, 研究了CCD光谱响应的退化规律。针对460 nm(蓝光)和700 nm(红光)等典型CCD光响应波长, 从辐射效应导致的损伤缺陷方面分析了CCD光谱响应退化的物理机制。研究发现, 在 60Co-γ射线辐照时CCD光谱响应曲线变化是由于暗信号增加导致的, 而质子辐照导致CCD对700 nm波长的光响应退化明显大于460 nm波长的光响应, 且10 MeV质子导致的损伤比3 MeV质子更明显, 表明位移损伤缺陷易导致CCD光谱响应退化。结果表明, 电离总剂量效应主要导致CCD光谱响应整体变化, 而位移效应则导致不同波长光的响应差异增大。

为研究电荷耦合器件空间辐照效应、参数退化机理, 对国产64×64像元电荷耦合器件进行了中子辐照位移损伤效应研究。样品在中子辐照下, 暗信号、暗信号非均匀性和电荷转移效率等关键性能参数退化显著。研究结果表明: 暗信号的退化是由于中子辐照产生的体缺陷能级在耗尽层中充当复合-产生中心, 增大了热载流子的产生率所致, 而各像素单元暗信号退化的不一致性使暗信号非均匀性增大; 电荷转移效率显著减小则是由于中子辐照在转移沟道中产生的体缺陷不断捕获、发射电子所引起。在整个实验过程中, 饱和输出电压的退化可以忽略不计, 表现出较好的抗位移损伤能力。

为了对比研究激光对可见光CCD的干扰效果, 采用532nm,808nm和1064nm波长的激光对同一可见光CCD进行了干扰实验。结果表明, 3种波长的激光对CCD都有一定的干扰效果, 由于干扰波长、干扰功率、工作方式等不一样, 干扰效果也存在差异。对于脉冲式激光器, 532nm激光比1064nm激光具有更低的光饱和阈值;当各波长激光输出达到一定功率时, CCD会出现饱和串音的现象。此干扰实验为更好干扰CCD成像系统提供了一定的实验依据。

具有快速姿态调节能力的敏捷卫星，可灵活、快速地机动到感兴趣区域并进行成像，大大提高卫星观察的时效性，并扩大观察范围。目前敏捷卫星大多采用星下点推扫成像或沿平行于卫星飞行方向推扫成像的方式，研究机动成像过程中，分析时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)成像参数及图像质量的变化情况，对成像过程中的误差影响进行了分析，给出了关键参数变化情况的仿真结果，提出实现机动成像卫星的控制措施建议。

公共安全、工业控制、科学研究等领域对摄像机的分辨力和帧率提出了越来越高的要求。针对这一应用需求，本文提出了一种200 万像素、每秒15 帧高清高速数字摄像机的设计方案，给出了设计中关键技术的解决方法。该设计主要由ICX274、AD9923A、XC3S1200E、TE3310RPF 和AT91RM9200 等组成。AD9923A 为ICX274 提供垂直和水平驱动时序，放大ICX274 输出的模拟视频信号，完成模拟视频信号的AD 变换。XC3S1200E 将AD9923A输出的数字Bayer 信号转换为YUV格式数字信号送给TE3310RPF，并由TE3310RPF 实现JPEG 压缩。AT91RM9200通过网络将图像压缩数据传送到客户端。解决的关键技术包括CCD 垂直、水平时序的产生，CCD 信号相关双采样的控制，Bayer 信号到YUV 信号的转换，数据压缩以及压缩数据的采集与网络传输。实验结果表明，该设计方案每秒可以采集、压缩、传输200 万像素图像15 帧，图像质量较好。

用脉宽为60 fs、波长为800nm的fs激光辐照电荷耦合器件,研究了电荷耦合器件在fs激光作用下的失效问题.实验得到fs激光作用下电荷耦合器件的失效阈值为4.22×10^-3J/cm².这比ns激光作用下电荷耦合器件的损伤阈值低2～3个量级.对该器件进行显微观测,在光敏元上没有发现损伤,但在器件的栅极上发现了明显的激光引起的损伤痕迹.