载荷探测器像元满阱参数测试

常振; 王煜; 林方; 赵欣; 黄书华; 司福祺

doi:10.37188/OPE.20223013.1542

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载荷探测器像元满阱参数测试

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- 载荷探测器像元满阱参数测试
- Measurement of pixel full-well parameters of detector used on spaceborne spectrometer
- 光学精密工程 2022年30卷第13期页码：1542-1554
- 作者机构：
  
  1.中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽合肥230031
  2.安徽大学物质科学与信息技术研究院信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽合肥 230039
- 作者简介：
  
  常　振（1988-），男，安徽合肥人，博士，副研究员，2012年于安徽师范大学获得学士学位，2017年于中国科学技术大学获得博士学位，主要从事CCD成像技术方面的研究。E-mail：zhchang@aiofm.ac.cn
  王　煜（1971-），男，北京人，博士，研究员， 1993年于哈尔滨工业大学获得学士学位，2005年于英国斯特莱斯克莱德大学获得博士学位，现为安徽大学物质科学与信息技术研究院环境物理所副所长，主要从事航空、航天遥感设备的研发工作。E-mail：yuwang@aiofm.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年科学基金资助项目(61905256)
- DOI：10.37188/OPE.20223013.1542
  中图分类号： TP73;TN386.5
- 收稿：2022-03-24，
  
  修回：2022-04-12，
  
  纸质出版：2022-07-10
- 稿件说明：
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常振,王煜,林方等.载荷探测器像元满阱参数测试[J].光学精密工程,2022,30(13):1542-1554.

CHANG Zhen,WANG Yu,LIN Fang,et al.Measurement of pixel full-well parameters of detector used on spaceborne spectrometer[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(13):1542-1554.
常振,王煜,林方等.载荷探测器像元满阱参数测试[J].光学精密工程,2022,30(13):1542-1554. DOI： 10.37188/OPE.20223013.1542.

CHANG Zhen,WANG Yu,LIN Fang,et al.Measurement of pixel full-well parameters of detector used on spaceborne spectrometer[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(13):1542-1554. DOI： 10.37188/OPE.20223013.1542.

摘要

在CCD成像电路的研发过程中，为了确保CCD达到最优的满阱性能，需要不断调整CCD驱动信号参数并进行满阱测试，该过程通常需要重复几十甚至上百次。通用的光子转移曲线法需要积分球等设备搭建平场光源，系统复杂，满阱测试效率较低。提出了一种满阱测试方法——LED点测试法，该方法通过光子转移曲线法获取系统增益后，仅通过搭建LED点光源配合普通民品镜头即可实现CCD满阱测试。基于载荷CCD成像电路，使用LED点测试法进行测试。结果表明，载荷CCD的满阱电子数可达817.013ke

，误差不大于0.643%。针对LED点测试的同组数据采用传统满阱测试方法进行测试，对比结果表明，LED点测试法和传统测试方法相对光子转移曲线法的误差分别为0.039 7%和1.9%。LED点测试法可用作简易条件下快速测量CCD满阱的通用方法，能够提升CCD成像电路的研发效率。

Abstract

During the development of a charge-coupled device （CCD） imaging circuit， it is necessary to adjust the parameters of the CCD’s driving signal and repeatedly test the full-well parameters dozens or even hundreds of times to ensure the optimal full-well performance of the CCD. To achieve this， the general method employed， known as the photon transfe

r curve method， requires integrating a sphere and other equipment to create a flat-field light source system. However， the resulting system is complex， and hence， it is unsuitable for application in a full-well testing method during the development of an imaging system. In this paper， a novel full-well testing method， a light-emitting diode （LED） point test method， is proposed. Accordingly， CCD full-well testing can be easily realized by developing an LED point light source and common civilian lens. The results reveal that the number of full-well electrons of a spaceborne CCD can reach 817.013ke

， and the error can be less than 0.643%. The results also indicate that the errors resulting from the LED point test method and the traditional method are， respectively， 0.0397% and 1.9% compared with the errors resulting from the photon transfer curve method. In summary， the LED point test method can be used as a general method to rapidly measure the full-well parameters of a CCD under simple conditions， and it can enhance the efficiency of CCD imaging circuit development.

关键词

Keywords

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黄珊，司福祺，赵敏杰，等 . 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪狭缝函数研究［J］. 光谱学与光谱分析， 2019 ， 39 （ 7 ）： 2008 - 2012 .

HUANG SH ， SI F Q ， ZHAO M J ， et al . Study on the slit function of atmospheric trace gas differential optical absorption spectrometer ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2019 ， 39 （ 7 ）： 2008 - 2012 . （in Chinese）

ZHAO M J ， SI F Q ， WANG Y ， et al . First year on-orbit calibration of the Chinese environmental trace gas monitoring instrument onboard GaoFen-5 ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2020 ， 58 （ 12 ）： 8531 - 8540 . doi: 10.1109/tgrs.2020.2988573 http://dx.doi.org/10.1109/tgrs.2020.2988573

鲁月林，王煜，司福祺，等 . 星载差分吸收光谱仪摆镜控制系统设计［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 3 ）： 630 - 636 . doi: 10.3788/ope.20192703.0630 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192703.0630

LU Y L ， WANG Y ， SI F Q ， et al . Design of scanning mirror control system for satellite-borne DOAS spectrometer ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 3 ）： 630 - 636 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192703.0630 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192703.0630

常振，王煜，司福祺，等 . 基于科学级CCD的紫外成像系统设计与实现［J］. 中国激光， 2017 ， 44 （ 8 ）： 0804002 . doi: 10.3788/cjl201744.0804002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201744.0804002

CHANG ZH ， WANG Y ， SI F Q ， et al . Design and implementation of ultraviolet imaging system based on scientific grade CCD ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2017 ， 44 （ 8 ）： 0804002 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl201744.0804002 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201744.0804002

邱晓晗，王煜，常振，等 . 机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施［J］. 红外与激光工程， 2017 ， 46 （ 5 ）： 0538002 . doi: 10.3788/irla201746.0538002 http://dx.doi.org/10.3788/irla201746.0538002

QIU X H ， WANG Y ， CHANG ZH ， et al . Design and implementation of CCD imaging circuit for airborne ultraviolet DOAS imaging spectrometer ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2017 ， 46 （ 5 ）： 0538002 . （in Chinese） . doi: 10.3788/irla201746.0538002 http://dx.doi.org/10.3788/irla201746.0538002

刘丹丹，黄印博，孙宇松，等 . 地表气压对温室气体柱总量反演的敏感性分析及敦煌地区温室气体的柱总量观测［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 3 ）： 573 - 583 . doi: 10.3788/ope.20202803.0573 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202803.0573

LIU D D ， HUANG Y B ， SUN Y S ， et al . Analysis of earth surface pressure sensitivity on inversion of greenhouse gases columns and observation of greenhouse gases columns in Dunhuang in China ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 3 ）： 573 - 583 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202803.0573 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202803.0573

闫欢欢，李晓静，张兴赢，等 . 大气SO 2 柱总量遥感反演算法比较分析及验证［J］. 物理学报， 2016 ， 65 （ 8 ）： 084204 . doi: 10.7498/aps.65.084204 http://dx.doi.org/10.7498/aps.65.084204

YAN H H ， LI X J ， ZHANG X Y ， et al . Comparison and validation of band residual difference algorithm and principal component analysis algorithm for retrievals of atmospheric SO 2 columns from satellite observations ［J］. Acta Physica Sinica ， 2016 ， 65 （ 8 ）： 084204 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.65.084204 http://dx.doi.org/10.7498/aps.65.084204

牟福生，雒静，李素文 . MAX-DOAS仪器观测O 4 吸收对气溶胶参量的敏感性研究［J］. 光子学报， 2020 ， 49 （ 2 ）： 0201002 . doi: 10.3788/gzxb20204902.0201002 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204902.0201002

MOU F SH ， LUO J ， LI S W . Sensitivity study of aerosol parameters from observations of O 4 absorption by MAX-DOAS ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2020 ， 49 （ 2 ）： 0201002 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20204902.0201002 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204902.0201002

王伶俐，李守贝，张惠鸽，等 . 科学级光学CCD信噪比特性分析［J］. 核聚变与等离子体物理， 2014 ， 34 （ 4 ）： 361 - 366 . doi: 10.3969/j.issn.0254-6086.2014.04.013 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.0254-6086.2014.04.013

WANG L L ， LI S B ， ZHANG H G ， et al . Performance analysis on SNR of scientific grade optical CCD ［J］. Nuclear Fusion and Plasma Physics ， 2014 ， 34 （ 4 ）： 361 - 366 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.0254-6086.2014.04.013 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.0254-6086.2014.04.013

夏果，黄禅，吴骕，等 . 微型光谱仪增益及读出噪声的测量方法［J］. 光学学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 0112001 . doi: 10.3788/aos201737.0112001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201737.0112001

XIA G ， HUANG SH ， WU S ， et al . Method of measuring gain and readout noise of miniature spectrometer ［J］. Acta Optica Sinica ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 0112001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201737.0112001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201737.0112001

XIONG X ， KIM C ， SHIMODA H . Earth observing missions and sensors： development， implementation， and characterization ［J］. SPIE. Asia-pacific Remote Sensing IV ， 2012 .

周鹏骥，王晓东，董吉洪，等 . 天问一号高分相机成像噪声分析与抑制［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 2 ）： 217 - 226 .

ZHOU P J ， WANG X D ， DONG J H ， et al . Imaging noise analyzing and suppressing for Tianwen-1 high-resolution camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 2 ）： 217 - 226 . （in Chinese）

李洪博，董岩，刘云清，等 . 可提高相机动态范围的图像融合方法研究［J］. 红外技术， 2018 ， 40 （ 9 ）： 887 - 893 .

LI H B ， DONG Y ， LIU Y Q ， et al . Image fusion method for improving dynamic range of camera ［J］. Infrared Technology ， 2018 ， 40 （ 9 ）： 887 - 893 . （in Chinese）

冯婕，李豫东，文林，等 . CMOS图像传感器光子转移曲线辐照后的退化机理［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 10 ）： 2676 - 2681 . doi: 10.3788/ope.20172510.2676 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172510.2676

FENG J ， LI Y D ， WEN L ， et al . Degradation mechanism for photon transfer curve of CMOS image sensor after irradiation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 10 ）： 2676 - 2681 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172510.2676 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172510.2676

WEN Q ， ZHU S Q ， LIU S C ， et al . Image sensor correction algorithm for photon transfer curve based on neural network ［J］. Optical Engineering ， 2020 ， 59 ： 067102 . doi: 10.1117/1.oe.59.6.067102 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.59.6.067102

LEVSKI D ， WÄNY M ， CHOUBEY B . Compensation of signal-dependent readout noise in photon transfer curve characterisation of CMOS image sensors ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems II： Express Briefs ， 2021 ， 68 （ 1 ）： 102 - 105 . doi: 10.1109/tcsii.2020.3010366 http://dx.doi.org/10.1109/tcsii.2020.3010366

ASTIER P ， ANTILOGUS P ， JURAMY C ， et al . The shape of the photon transfer curve of CCD sensors ［J］. Astronomy & Astrophysics ， 2019 ， 629 ： A36 . doi: 10.1051/0004-6361/201935508 http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201935508

ANTILOGUS P ， ASTIER P ， DOHERTY P ， et al . The brighter-fatter effect and pixel correlations in CCD sensors ［J］. Journal of Instrumentation ， 2014 ， 9 （ 3 ）： C03048 . doi: 10.1088/1748-0221/9/03/c03048 http://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/9/03/c03048

MA B ， SHANG Z H ， HU Y ， et al . A new method of CCD dark current correction via extracting the dark Information from scientific images ［C］. SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation. Proc SPIE 9154， High Energy， Optical， and Infrared Detectors for Astronomy VI ， Montréal， Quebec， Canada . 2014 ， 9154 ： 593 - 600 . doi: 10.1117/12.2055416 http://dx.doi.org/10.1117/12.2055416

JORDEN P R ， JERRAM P A ， FRYER M ， et al . e2v CMOS and CCD sensors and systems for astronomy ［J］. Journal of Instrumentation ， 2017 ， 12 （ 7 ）： C07008 . doi: 10.1088/1748-0221/12/07/c07008 http://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/12/07/c07008

常振，王煜，司福祺，等 . CCD数字像元的合并方法及其应用［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 8 ）： 2204 - 2211 . doi: 10.3788/ope.20172508.2204 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172508.2204

CHANG ZH ， WANG Y ， SI F Q ， et al . Digital binning method for CCD pixels and its applications ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 8 ）： 2204 - 2211 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172508.2204 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172508.2204

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