为了提高用于低噪声CMOS图像传感器的单斜模数转换器（SS ADC）的量化速度，提出一种基于SS ADC的根据输入光强确定采样次数的相关多次采样（CMS）技术。利用数字模拟转换器（DAC）输出信号的差分特性，根据输入电压大小，分别按照不同的方式选择正/负斜坡输入到比较器中。当输入电压信号较小时，控制斜坡形状，使采样次数为4；当输入电压信号较大时，使采样次数为2。采用110 nm的CMOS工艺，时钟频率为400 MHz，行转换时间为23 μs，分辨率为11位，量化范围为1 V内。仿真结果表明：所提技术的微分非线性（DNL）达+0.6/-0.3LSB，LSB指最低有效位，积分非线性（INL）达+0.7/-0.9LSB；最低噪声为82 μV；与传统的采样次数为4的CMS技术相比，在不增加低照度下噪声的同时，将A/D转换周期节约了13 μs。
CMOS图像传感器 单斜模数转换器 低噪声 相关多次采样 微光探测 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1228005
1 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室,国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心), 北京 100081
2 许健民气象卫星创新中心, 北京 100081
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 国防科技大学气象海洋学院, 湖南 长沙 410073
5 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
在综述国内外几个典型星载微光遥感仪器的基础上,详细介绍了风云三号晨昏轨道黎明星(FY-3E)所搭载的中分辨率光谱成像仪微光型(MERSI-LL)的设计原理和部件组成,MERSI-LL微光通道针对晨昏轨道对地观测辐射信号大动态范围的特点,采用三增益组合的特殊设计,并基于太阳漫透板的工作原理设计了MERSI-LL的星上定标器。介绍了微光通道数据三增益通道选择和归一化融合处理方法和流程,并综述了针对微光通道的星上定标、替代定标、地面人工光源定标和交叉定标等多种定标手段。简要概述了MERSI-LL具备的定量科学产品反演能力,示范了基于MERSI-LL观测数据生成的准恒定对比度(NCC)图像产品,重点描述微光通道的典型夜间灯光产品生成过程,给出其产品示例及其潜在的应用能力。最后在总结黎明星MERSI-LL微光通道数据处理和产品生成经验的基础上,展望了该仪器未来的改进思路和应用前景。
光学学报
2022, 42(12): 1200003
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
分析了基于科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器的微光成像系统的噪声特性，建立了系统噪声模型并进行了系统噪声测试。结果显示，系统噪声的均方根值小于1 e-。建立了系统信噪比模型，计算得到微光成像系统在10-3 lx的夜天光照条件下的信噪比优于1，理论值与实测值之间的误差小于10%。提出了一种自适应的条纹噪声处理方法，有效消除了低照度图像中的行条纹噪声，采用对比度受限的自适应直方图均衡的方法提升了高动态范围图像的对比度。
探测器 微光探测 微光成像仪 科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）探测器 信噪比 条纹噪声 图像增强 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 080401
1 中国人民解放军61741部队, 北京 100094
2 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
星载微光探测仪器可以在低照度条件下获取可见光至近红外谱段的云图及地面特征资料, 是监测夜间和晨昏时段低云大雾的最有效手段。本文介绍了星载微光探测原理; 综述了国内外星载微光探测仪器的发展历程, 对其卫星系统、仪器技术指标、成像关键技术、数据特点等做了详细论述; 最后总结了星载微光探测技术在低云大雾监测、城市灯光和火情监测、烟雾和尘埃监测等方面的应用, 它可为我国气象卫星发展相近载荷起到借鉴作用, 并完善和丰富我国现有的气象业务观测体系。
微光探测仪器 数据应用 星载 shimmer imaging detector data application spaceborne
针对现有微光检测系统体积大、避光效果差等不足, 对微光探测装置进行全新设计。采用反应杯与光探测头自成暗室, 减少暗室进出机构, 提高避光效果;采用斩波法扣除本底计数, 从而消除背景光引起的测量误差。性能测试结果显示:该微光探测装置的光子本底计数小于等于200光子/s, 测光上限平均值达到1.1×107光子/s, 变异系数(C)小于等于3%, 达到目前现有的微光检测系统的技术指标要求, 可用于化学发光免疫分析仪等需要进行微光信号检测的精密仪器开发, 对基于微光探测技术的仪器行业的发展具有重要意义。
微光探测装置 暗室 光子 化学发光免疫分析仪 light detection device darkroom photon chemiluminescence immunity analyzer
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
电子倍增电荷耦合器件(Electron Multiplying Charge Coupled Device, EMCCD)是一种新型高灵敏度 图像传感器。近年来，EMCCD相机在微光探测领域的应用越来越广泛。为了在微光相机中 应用新型EMCCD器件，设计了一种探测能力强、数据更新快、具有一体化光纤接口的微光成像系统。 主要研究了EMCCD相机的设计方法，说明了EMCCD的工作原理，论述了基于TC253SPD-B0的EMCCD微光相机的 设计方案。用成像实验和信噪比测试实验验证了所设计的一体化微光相机的性能。结果表明，该相机不仅可以实现20 km 以上的数据传输和30 f/s的拍摄帧频，而且还可实现弱光条件下的探测功能，并具有较高的系统信噪比。
微光探测 相机 光纤 EMCCD EMCCD low-light detection camera optical fiber
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
针对导航领域对星相机的性能要求，通过在星相机中应用新型的电子倍增CCD(EMCCD)，设计一种探测能力强、数据更新快的成像系统。说明了EMCCD工作原理，分析了EMCCD信噪比，介绍了基于TC285电子倍增CCD的星相机的设计方案，给出了CCD驱动电路、视频信号处理电路以及时序控制器的设计。用模拟拍星实验和实际拍星实验验证了所设计的相机的性能，同时对相机的应用进行了初步分析。通过分析实验图像的信噪比说明了设计的星相机具备在积分时间8 ms以内探测6等星的能力，且其图像数据更新频率可达10 frame/s，满足用短积分时间进行快速星光成像的要求。
电子倍增CCD CCD星相机 微光探测 Electron Multiplying CCD(EMCCD) CCD star camera low-light-level detection TC285 TC285
1 中国科学院云南天文台, 昆明 650011
2 中国科学院云南天文台, 昆明 650011
在简要叙述了云南天文台斑点相机研制的改进的概况之后,介绍了对新型斑点相机YOSC-4时间分幅型二维光子计数斑点像探测系统的研制情况及该系统的性能。试验和分析表明:当进行天文斑点成像观测时,该系统极限星等达到12m;随后给出了一些实际的斑点图观测资料和像复原结果
斑点成像 斑点照相机 微光探测器
