1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
4 上海科技大学,上海 201210
红外焦平面探测器正朝着更大规模、高帧频、高集成度的方向发展。在高速目标跟踪探测、感兴趣区域成像等应用场景,需要解决高速读出时面临的功耗较高的难点。文中提出了一种数字IC的可编程开窗IP核设计,并通过采用列级分时选通技术,实现对640×512读出电路列模块的超低功耗优化。像素单元电路包含CTIA输入级、双采样保持结构和跟随输出,折衷优化了面积、噪声和增益等因素。相较于传统用门级电路定制设计实现的开窗方式,可编程开窗数字IP核对于不同面阵规格具有良好的可扩展性,并且可以借助后端软件综合优化版图布局,从而缩短设计周期。实际研制中采用0.18 µm 标准CMOS工艺完成了中心距15 µm的640×512读出电路设计及流片验证,并与640×512元短波红外InGaAs探测器芯片进行了耦合测试,结果表明分时选通技术有效降低了列级电路功耗,电路读出总功耗小于80 mW,列级功耗仅为15 mW,读出速率达到15 MHz,可编程开窗IP核功能正常,可以实现指定区域的开窗功能。
可编程随机开窗 分时选通技术 读出电路 铟镓砷 短波红外 programmable arbitrary windowing time-selection technology ROIC InGaAs short-wave infrared 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230241
1 厦门理工学院 光电与通信工程学院, 福建 厦门 361024
2 北京大学 电子学院 碳基电子学研究中心, 北京 100871
随着红外技术和探测器性能的进步, 中波和短波红外技术在恶劣天气中具有更优秀的成像性能, 在民用、**和航空航天等领域中得到了越来越广泛的应用。读出电路作为连接探测器阵列与后级图像处理电路的关键模块, 其性能对中短波红外相机系统性能具有重要影响, 决定了最终的成像质量。文章综述了中短波红外图像传感器读出电路的发展现状, 分析了读出电路中噪声、动态范围、帧频等问题, 重点探讨了针对以上问题的解决方案。最后对读出电路未来设计的改进方向进行了讨论。
中/短波红外 图像传感器 读出电路 动态范围 MW/SWIR image sensor ROIC dynamic range
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
外视场拼接是实现机载高光谱成像系统同时具有大视场与宽光谱采样范围的有效方式。由于各个成像单机独立安装,对应的可见近红外模块单机与短波红外模块单机之间的视轴角会在设备长时间运行后产生变化,视轴角的变化会对可见/短波红外的数据融合效果产生负面影响。而视场重叠使基于对极几何和平面单应性的校正方法不能有效地解算出对应可见/短波红外单机之间的视轴角,因此无法对视轴角偏差导致的图像失配进行修正。针对使用外视场拼接来扩大总视场和总响应带宽特点的机载高光谱成像系统,本文提出了一种视轴角和焦距校正算法。通过使用多级特征筛选方法,结合最小化重投影误差,实现了可见近红外/短波红外对应单机之间视轴角与相对焦距的自校正,提高了图像配准精度。该算法已经应用于AMMIS机载大视场高光谱成像仪。实验结果表明,该方法最大平均误差小于0.2像素,且对倾斜放置的相机也具有很好的适应性。
视轴角校正 航空高光谱 可见近红外/短波红外 多模块 boresight angle calibration hyperspectral VNIR/SWIR multi-module
1 昆明物理研究所,云南昆明 650223
2 北方夜视科技(南京)研究院有限公司,江苏南京 211106
针对短波红外成像系统在雾霾天气下存在图像质量模糊、分辨率低等问题,本文提出了一种基于暗通道先验理论的短波红外图像去雾算法。本文首先通过改进的暗通道先验得到暗通道图像数据,然后基于暗通道数据对大气光进行估计;为了避免目标局部高亮或细节模糊,采用引导滤波和多尺度 Retinex(Multi-scale retinex,MSR)对透射率图进行细化和增强处理,最后结合大气散射模型来反演出去雾图像。实验结果表明,经此算法处理后的短波红外图像在主观视觉和客观指标方面均得到了较好的验证,去雾效果显著、细节特征丰富且明亮度适宜。
短波红外 去雾 暗通道先验 shortwave infrared, dehaze, dark channel prior, MS MSR
1 沈阳化工大学信息工程学院,辽宁 沈阳 110142
2 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁 沈阳 110169
3 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室,辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学,北京 100049
5 华北水利水电大学电力学院,河南 郑州 450045
利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体,实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出,其覆盖了近红外与中红外过渡波段(也称“短波红外波段”)。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域,在较小的晶体转角下,获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构,验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上,峰值功率高于2.3 MW,在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量,输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。
非线性光学 光学参量振荡器 短波红外波段 磷酸氧钛钾 角度调谐 中国激光
2023, 50(23): 2308001
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220890
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
为了实现可见/短波红外镜头的小型化设计,参考环形多反射结构的光学系统,针对单片多反射系统难以校正色差的问题,设计了一个130万像素的紧凑型双片结构的环形多反射式光学镜头。通过分析遮拦比和光学参数对系统的光学传递函数的影响,确定了系统的最佳遮拦比和光学参数。优化后的光学镜头包含两片透镜,材料选用氟化钙,两片透镜之间产生4次反射,各反射面均为偶次非球面。镜头的工作波段为400~1700 nm,焦距为75 mm,直径为50 mm,遮拦比为0.75,全视场角为6.2°,系统总长为22.7 mm,系统长度与焦距比为0.302。优化后镜头光学传递函数曲线平滑,100 lp/mm处大于0.35,倍率色差小于0.9 μm,成像质量良好。
光学设计 环形多反射式 可见光 短波红外 共口径 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2022001
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
3 中国科学院研究生院,北京 100039
系统研究了快速热退火对锌扩散的In0.53Ga0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布,结果表明退火过程会影响杂质浓度,但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In0.53Ga0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映,未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析,未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流,因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器,快速热退火是不必要的工艺。
短波红外 铟镓砷探测器 快速热退火 扩散 shortwave infrared InGaAs detector rapid thermal annealing diffusion
大气与环境光学学报
2023, 18(3): 235