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EMCCD实时图像处理系统设计及FPGA实现研究 预览
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作者 李莉 《电子设计工程》 2019年第13期161-164,170共5页
在实时图像处理系统中,如何能够在有限时间中处理大量的数据信息,并且有效满足系统实时性需求,是需要人们尽快解决的问题。基于此,本文就满足系统模块化的设计思想需求,提出了基于EMCCD实时图像处理系统设计,将DSP和FPGA作为核心器件,... 在实时图像处理系统中,如何能够在有限时间中处理大量的数据信息,并且有效满足系统实时性需求,是需要人们尽快解决的问题。基于此,本文就满足系统模块化的设计思想需求,提出了基于EMCCD实时图像处理系统设计,将DSP和FPGA作为核心器件,实现相应硬件电路设计,并且在实时图像处理系统中使用高要求的跟踪算法。通过实验结果表示,设计的实时图像处理系统功能及性能能够满足预期需求,实用且可靠。 展开更多
关键词 EMCCD 实时图像处理 DSP FPGA
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CMOS和EMCCD在全局快门模式下的信噪比探讨 预览
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作者 张晓阳 刘金国 +4 位作者 孔德柱 李广泽 陈佳豫 彭畅 余达 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第7期80-84,共5页
全局快门在对地观测的超光谱成像、测绘及星敏应用中具有优势,但应用效果也依赖于高信噪比。针对CMOS成像特点,设计了可进行拉灌电流的低压基准源电路,基于低热光学变形的焦面电子学,提出上电初始态不定的多通道串行数据接收方法;针对... 全局快门在对地观测的超光谱成像、测绘及星敏应用中具有优势,但应用效果也依赖于高信噪比。针对CMOS成像特点,设计了可进行拉灌电流的低压基准源电路,基于低热光学变形的焦面电子学,提出上电初始态不定的多通道串行数据接收方法;针对全局快门所特有的寄生光灵敏度影响,采用分行统计中间行为基准的多点拟合校正方法;按照EMVA1288标准,将前照式CMOS成像系统与制冷背照式EMCCD进行了测试,校正前后单幅图像的标准差分别为3.37和0.42,最大信噪比为123.37,EMCCD的最大信噪比为359.43。结果表明,该校正方法可有效减弱全局快门的固定图形噪声,面阵CMOS在全局快门方式下的信噪比与EMCCD相比还有较大差距。 展开更多
关键词 全局快门 对地观测 超光谱成像 寄生光灵敏度 CMOS成像 EMCCD
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An Improvement on the Combination of Magnetic Trap and Fluorescent Resonant Energy Transfer
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作者 农大官 李明 《中国物理快报:英文版》 SCIE CAS CSCD 2019年第3期86-89,共4页
The combination of magnetic trap(MT) and fluorescence resonant energy transfer(FRET) allows for nanoscale measurements of configurational changes of biomolecules under force. However, the magnetic bead involved in MT ... The combination of magnetic trap(MT) and fluorescence resonant energy transfer(FRET) allows for nanoscale measurements of configurational changes of biomolecules under force. However, the magnetic bead involved in MT experiments introduces a substantial amount of background fluorescence which reduces the signal-to-noise ratio(SNR) of FRET significantly. Moreover, the short lifetime of the dye used in FRET limits the total sampling time when combined with MT. Here we use a moveable tube lens to adjust the wave front in the light pathway of MT so that both images of the magnetic bead and the fluorescent signals can be detected when long DNA handles are used to reduce the auto-fluorescence of the magnetic bead. We utilize the internal trigger of an electron multiplying charge-coupled device camera to control a shutter so that the dye can be excited intermittently when long time measurement of FRET is needed. As a demonstration of the hybrid technique, we observe the unfolding/refolding dynamics of a DNA hairpin and measure the DNA unwinding activity of the saccharomyces cerevisiae Pif1(Pif1). Our results show that the unwinding burst of Pif1 under external force is different from that without the force. In addition, the improvement provides a better SNR and a longer sampling time in experiments in the MT-FRET assay. 展开更多
关键词 SNR FLUORESCENT DNA MT EMCCD
利用抗光晕通道倾泻电荷的帧转移EMCCD电子快门方法 预览
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作者 张猛蛟 蔡毅 +3 位作者 叶梁 陈远金 徐春叶 王岭雪 《红外与激光工程》 CSCD 北大核心 2018年第6期207-213,共7页
针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题,提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法,通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕... 针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题,提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法,通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻,实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门,并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式;使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾(smear)效应;采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明,通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊,并实现夜间的高动态范围夜视成像,显著提升图像细节。 展开更多
关键词 EMCCD 电子快门 抗光晕通道 漏光-拖尾效应 高动态范围图像
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基于EMCCD的单兵综合侦察仪设计及作用距离研究 预览 被引量:1
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作者 陈远金 张猛蛟 +2 位作者 戴放 梁宛玉 刘彬 《红外技术》 CSCD 北大核心 2017年第5期399-403,共5页
EMCCD作为一种新型的光电传感器,在现代军用光电成像技术正得到越来越广泛的应用。本文将EMCCD组件应用于单兵综合侦察仪中,满足了装备昼夜探测的需求。同时根据约翰逊准则,考虑系统的光能量传递特性和目标在靶面上的压行数等因素,理论... EMCCD作为一种新型的光电传感器,在现代军用光电成像技术正得到越来越广泛的应用。本文将EMCCD组件应用于单兵综合侦察仪中,满足了装备昼夜探测的需求。同时根据约翰逊准则,考虑系统的光能量传递特性和目标在靶面上的压行数等因素,理论估算出其作用距离。通过试验结果表明理论估计的正确性,验证了EMCCD昼夜通用的性能,为装备选型提供依据。 展开更多
关键词 光电成像技术 EMCCD 单兵侦察 距离估算
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采用sCMOS相机测量暗弱天体可行性实验 预览
6
作者 高策 《智能计算机与应用》 2017年第3期96-97,101共3页
通过实验验证了使用高灵敏度sCMOS相机进行暗弱恒星目标观测的可行性,获取多款相机极限探测能力,暗弱天体提取能力等指标;比较sCMOS相机与广泛应用于天体观测的EMCCD相机在暗弱天体观测领域的优缺点。验证了计算极限探测星等理论公式的... 通过实验验证了使用高灵敏度sCMOS相机进行暗弱恒星目标观测的可行性,获取多款相机极限探测能力,暗弱天体提取能力等指标;比较sCMOS相机与广泛应用于天体观测的EMCCD相机在暗弱天体观测领域的优缺点。验证了计算极限探测星等理论公式的准确性;通过对比sCMOS与EMCCD对同一暗弱恒星的拍摄图片,对使用sCMOS相机观测暗弱天体的可行性进行了有效分析。 展开更多
关键词 sCMOS EMCCD 光学系统 暗弱天体
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EMCCD相机热电制冷温度控制系统研究与设计 预览 被引量:1
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作者 苏家雨 任国强 +1 位作者 王明富 聂山钧 《物联网技术》 2017年第6期64-66,共3页
EMCCD作为当今世界上灵敏度最高的成像器件之一,在航空航天、夜视导航、生物医学等众多研究方向均有广阔的应用前景,为了降低EMCCD相机热生暗电流并提升相机倍增增益,需对相机芯片进行深度制冷并尽可能提高控温的稳定性,保障合适的温度... EMCCD作为当今世界上灵敏度最高的成像器件之一,在航空航天、夜视导航、生物医学等众多研究方向均有广阔的应用前景,为了降低EMCCD相机热生暗电流并提升相机倍增增益,需对相机芯片进行深度制冷并尽可能提高控温的稳定性,保障合适的温度变化速率.由于制冷温差大而导致需要为TEC提供较大的制冷功率,设计了可提供较大制冷功率的热电制冷系统与具有高稳定度的温度数据采集系统,并采用积分限幅的数字PID控制算法,可为TEC提供的最大制冷功率超过100W、温度控制稳定度为±0.1℃,温度变化速率约为5℃/min,均满足指标要求,提升了EMCCD相机性能. 展开更多
关键词 EMCCD 热电制冷 数字PID 温度控制 积分限幅
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基于EMCCD和CMOS的天基微光成像 预览 被引量:3
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作者 武星星 刘金国 +1 位作者 周怀得 张博研 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期197-202,共6页
电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)利用电荷雪崩机制可以实现低于1e-的读出噪声,适用于微光成像。随着背照式CMOS成像探测器技术的发展,具有高量子效率和低于1.5e-读出噪声的CMOS成像探测器已中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制... 电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)利用电荷雪崩机制可以实现低于1e-的读出噪声,适用于微光成像。随着背照式CMOS成像探测器技术的发展,具有高量子效率和低于1.5e-读出噪声的CMOS成像探测器已中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制成功。针对天基微光成像的需求,分别构建了基于EMCCD CCD201的天基微光相机和基于CMOS的天基微光相机,并建立了系统的噪声模型。对基于EMCCD的天基微光相机和基于CMOS的天基微光相机的微光探测性能和工作机理进行了对比分析。分析结果表明:当采用凝视成像模式,积分时间为2 s,相机入瞳辐亮度为10^-9W·cm^-2·sr^-1·μm^-1时,基于EMCCD的天基微光相机在焦面温度为20℃的条件下的信噪比为23.78,相同条件下基于CMOS的天基微光相机的信噪比为27.42。当采用制冷系统将焦面温度降低至-20℃时,基于EMCCD的天基微光相机的信噪比提高到27.533,而基于CMOS的天基微光相机的信噪比提高到27.79。 展开更多
关键词 空间相机 微光 EMCCD CMOS
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512×512元帧转移EMCCD图像传感器 预览 被引量:2
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作者 白雪平 郑渝 +3 位作者 李金 刘芳 陈于伟 汪朝敏 《红外技术》 CSCD 北大核心 2016年第4期300-304,共5页
采用埋沟、三层多晶硅、两次金属工艺,研制出正照EMCCD器件。器件的像元尺寸16μm×16μm。器件在-20℃下工作,读出频率10 MHz,倍增增益可达1000倍以上,探测灵敏度5×10~(-4) lx。
关键词 EMCCD 帧转移 倍增增益 探测灵敏度
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高性能分离式远程EMCCD成像系统研制 预览 被引量:2
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作者 杨少华 李斌康 +3 位作者 郭明安 夏惊涛 罗通顶 严明 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2016年第12期104-109,共6页
论述了基于一种1 024×1 024像素EMCCD图像传感器CCD201的高性能分离式远程成像系统设计方法。采用光纤通信技术,系统分为成像端与控制端,使系统可用于远程监测场合。利用CPLD器件产生CCD逻辑时序及视频同步处理控制时序,采用集成... 论述了基于一种1 024×1 024像素EMCCD图像传感器CCD201的高性能分离式远程成像系统设计方法。采用光纤通信技术,系统分为成像端与控制端,使系统可用于远程监测场合。利用CPLD器件产生CCD逻辑时序及视频同步处理控制时序,采用集成器件与分立器件相结合的方式实现EMCCD垂直驱动时序,获得视频信号;使用带有CDS功能的16位模数转换器对CCD视频信号进行数字化;数字化图像经由光纤发送到远程控制采集端。采用全双工通信,实现电子增益、放大倍数、温度等参数的远程控制。文中详细介绍了驱动电路、视频处理电路、数据远程交互单元与控制采集单元等关键组成部分的技术实现方法。设计的成像系统采用USB方式进行数据实时采集,能够连续获取16位数字图像数据,光动态范围大于70 d B,增益倍数最高能够大于0.1e-/ADU,控温精度达到±0.5℃。设计方法可应用于类似CCD成像系统的设计中,并使系统能够在微光成像及辐射场诊断中应用。 展开更多
关键词 远程传输 EMCCD 相关双采样 驱动时序
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EMCCD侦察探测装置光学系统设计 预览
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作者 王凌 常伟军 +6 位作者 杨子建 陈姣 张博 腾国奇 胡博 强华 张俊 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期24-28,共5页
为了满足EMCCD侦察探测装置的实际使用要求,设计了一个三视场光学系统。系统采用EMCCD接收,像元尺寸为16btm×16肚m。通过对比4种成像系统结构形式的优缺点,选定三视场光学系统的初始结构形式,运用CODEV软件对其进行优化,实现6... 为了满足EMCCD侦察探测装置的实际使用要求,设计了一个三视场光学系统。系统采用EMCCD接收,像元尺寸为16btm×16肚m。通过对比4种成像系统结构形式的优缺点,选定三视场光学系统的初始结构形式,运用CODEV软件对其进行优化,实现600nm~850nm波段范围内三视场光学系统成像。设计结果表明,三视场光学系统的传递函数MTF在35lp/mm频率处均大于0.5,点列斑直径均小于像元尺寸,畸变均小于0.2%,成像对比度满足使用要求。 展开更多
关键词 三视场 EMCCD 初始结构 光学设计
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基于遗传算法自整定和Smith预估的电子倍增电荷耦合器件温控系统设计 预览
12
作者 高帅 杨少华 +4 位作者 郭明安 李刚 严明 罗通顶 刘璐 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第29期260-265,共6页
针对电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)温度控制过程的时间滞后特性,根据热力学理论建立整个系统的数学模型,利用有限元仿真方法得到其传递函数,在此基础上采用遗传算法实现PID控制参数的在线自适应整定,同时结合Smkh预估控制补偿由滞... 针对电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)温度控制过程的时间滞后特性,根据热力学理论建立整个系统的数学模型,利用有限元仿真方法得到其传递函数,在此基础上采用遗传算法实现PID控制参数的在线自适应整定,同时结合Smkh预估控制补偿由滞后环节产生的时间迟滞。采用Matlab对控制算法进行仿真分析,结果表明该方法较常规PID控制方法具有调整时间短、超调量小、抗干扰能力强等优点。设计基于单片机和TEC驱动模块的硬件电路将控制算法应用于EMCCD温度控制系统,相机实际制冷温度可达(-12±0.1)丈,图像本底噪声方差仅为18。实际应用结果表明温度控制系统是提升EMCCD相机成像性能的有效方法。 展开更多
关键词 PID 遗传算法 Smith预估 温度控制 电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)
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基于EMCCD的激光主动成像参数分析 预览
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作者 刘智超 樊桂花 +2 位作者 郭惠超 周玢 朱建国 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期271-274,共4页
分析了EMCCD成像噪声,建立了EMCCD成像信噪比模型,并推导出基于EMCCD的激光主动成像信噪比模型,最后,仿真大气水平传输、大气斜程传输和空间传输情况下,基于EMCCD的激光主动成像的探测距离和激光功率与成像信噪比之间的关系。
关键词 EMCCD 激光主动成像 探测距离 成像信噪比
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背照式EMCCD图像传感器的研制 预览
14
作者 赵建强 赵娟 张伟 《集成电路通讯》 2016年第2期30-33,共4页
基于4英寸前照式576×288EMCCD晶圆,设计了背照式EMCCD器件结构,给出了背照式集成制备工艺方案及工艺过程。对所制备的576×288背照式EMCCD器件进行了性能测试,并完成了成像验证,峰值量子效率较前照式显著提高。
关键词 背照式 EMCCD 量子效率 成像
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微光视频器件及其技术的进展 预览 被引量:14
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作者 金伟其 陶禹 +1 位作者 石峰 李本强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期3167-3176,共10页
微光夜视技术作为当今拓展人眼夜间视觉感知的主要技术之一,在军事和民用领域都有广泛的应用。随着数字图像处理技术的发展,微光视频器件为通过图像处理进一步提升夜视图像质量,为与红外热成像的图像信息融合,为提高夜间对目标探测... 微光夜视技术作为当今拓展人眼夜间视觉感知的主要技术之一,在军事和民用领域都有广泛的应用。随着数字图像处理技术的发展,微光视频器件为通过图像处理进一步提升夜视图像质量,为与红外热成像的图像信息融合,为提高夜间对目标探测/识别和场景理解能力等方面提供了广泛空间,成为当前国内外夜视技术发展的重要方向之一。论文综述了微光视频器件发展,分析了电真空+固体微光视频成像器件(如像增强CCD/CMOS(ICCD/ICMOS)器件、电子轰击EBCCD/EBCMOS器件等)、全固体微光视频成像器件(如电子倍增CCD器件、超低照度CMOS器件等)的特点和发展趋势,并结合法国PHOTONIS公司的LYNX计划,对微光夜视技术的发展进行了分析和讨论。 展开更多
关键词 微光 视频器件 进展 EBCCD/EBCMOS EMCCD CMOS
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新型微光成像器件及应用 预览 被引量:1
16
作者 刘智超 樊桂花 +1 位作者 郭惠超 范有臣 《红外技术》 CSCD 北大核心 2015年第8期701-706,共6页
采用全固态微光成像器件是未来微光成像的发展趋势。介绍了2种全固态微光器件EMCCD、InxGa1-xAs,分析了其成像性能,描述了其研究现状,对比了传统的真空光电成像与全固态微光成像性能指标,阐明了微光成像器件向着高灵敏度、低噪声、... 采用全固态微光成像器件是未来微光成像的发展趋势。介绍了2种全固态微光器件EMCCD、InxGa1-xAs,分析了其成像性能,描述了其研究现状,对比了传统的真空光电成像与全固态微光成像性能指标,阐明了微光成像器件向着高灵敏度、低噪声、宽光谱响应和强适应能力方向发展。 展开更多
关键词 微光成像 全固态微光成像器件 EMCCD INXGA1-XAS
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一种电子倍增CCD电子倍增增益的确定方法 预览 被引量:3
17
作者 卢家莉 李彬华 胡泊 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期710-715,共6页
电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机在使用过程中,需要校正其电子倍增增益。根据EMCCD的结构特征和单级倍增寄存器的电荷倍增特性,分析了已有电子倍增模型在实际应用中的局限性。针对特定的EMCCD器件,通过仿真计算,得到原有增益计算模... 电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机在使用过程中,需要校正其电子倍增增益。根据EMCCD的结构特征和单级倍增寄存器的电荷倍增特性,分析了已有电子倍增模型在实际应用中的局限性。针对特定的EMCCD器件,通过仿真计算,得到原有增益计算模型的关键参数与EMCCD工作电压、温度的数据表,并用多元回归分析的方法建立该参数与工作电压、温度的数学方程,利用该方程,代入原有增益计算模型,可以突破原增益计算模型的限制,得到了一种普遍适用且较为简单的EMCCD电子倍增增益计算方法。仿真计算所得结果与实际EMCCD器件的倍增曲线比较,数据吻合良好。该结果表明,这种确定增益的方法可以较方便地计算电子倍增器件的平均增益,在EMCCD相机设计和实际使用中有着良好的应用价值。 展开更多
关键词 光电子学与激光技术 电子倍增电荷耦合器件 电子倍增增益 参数计算 仿真分析
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高频非对称EMCCD增益驱动电路设计 预览 被引量:3
18
作者 赖积斌 任国强 +1 位作者 王明富 廖育富 《现代电子技术》 北大核心 2015年第22期111-114,共4页
自适应光学系统的发展,对波前传感器中的电子倍增CCD的工作频率提出了更高的要求;而目前所设计的电子倍增CCD增益驱动电路工作频率普遍不高,且稳定性不好,驱动波形变形严重。针对E2V公司的产品CCD220对增益驱动电路的要求,将传统图腾柱... 自适应光学系统的发展,对波前传感器中的电子倍增CCD的工作频率提出了更高的要求;而目前所设计的电子倍增CCD增益驱动电路工作频率普遍不高,且稳定性不好,驱动波形变形严重。针对E2V公司的产品CCD220对增益驱动电路的要求,将传统图腾柱法的对称结构改为非对称,设计了一种频率高达40 MHz,且波形稳定性较好的方波增益驱动电路。利用Cadence对电路进行了PSpice仿真,证明了设计的可行性。 展开更多
关键词 电子倍增CCD 工作频率 波形稳定性 CCD220 非对称结构
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一体化EMCCD微光相机的设计 预览 被引量:1
19
作者 何家维 何昕 +1 位作者 魏仲慧 梁国龙 《红外》 CAS 2014年第10期14-19,45共7页
电子倍增电荷耦合器件(E1ectron 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... 电子倍增电荷耦合器件(E1ectron 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—BO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20km以上的数据传输和30f/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。 展开更多
关键词 EMCCD 微光探测 相机 光纤
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电子倍增CCD噪声参数的估计方法 预览 被引量:1
20
作者 张闻文 刘婧婧 +1 位作者 陈钱 顾国华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期4146-4152,共7页
为定量评价电子倍增CCD(EMCCD)图像噪声的大小,实现对EMCCD图像噪声参数的准确估计,研究了EMCCD的噪声分布模型及其参数估计方法。首先,讨论了EMCCD图像的噪声来源及其统计特性,由此建立了适于EMCCD的噪声分布模型。然后,提出了两种EM... 为定量评价电子倍增CCD(EMCCD)图像噪声的大小,实现对EMCCD图像噪声参数的准确估计,研究了EMCCD的噪声分布模型及其参数估计方法。首先,讨论了EMCCD图像的噪声来源及其统计特性,由此建立了适于EMCCD的噪声分布模型。然后,提出了两种EMCCD噪声参数估计方法——矩估计法和高斯-牛顿法,采用Monte Carlo仿真验证其性能。仿真结果表明,矩估计法和高斯-牛顿法的平均相对误差和相对标准偏差均为10-2量级,估计精度较高,且高斯-牛顿法的估计精度要高于矩估计法。采集一系列无增益时积分时间为50 s的暗场图片和增益为50的本底图片,利用矩估计法和高斯-牛顿法分别估计出EMCCD的暗电流噪声、时钟感生电荷噪声和读出噪声,实验结果表明,估计值与EMCCD指标值一致,证明矩估计法和高斯-牛顿法能有效估计噪声参数且具有较高的精度。 展开更多
关键词 电子倍增CCD 噪声分布模型 矩估计法 高斯-牛顿法 参数估计
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