分焦平面偏振图像传感器信噪比标定

朱树旺; 赵开春

doi:10.37188/OPE.20233107.1012

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

分焦平面偏振图像传感器信噪比标定

现代应用光学 | 更新时间：2023-04-14

- 分焦平面偏振图像传感器信噪比标定
- Calibration of signal-to-noise ratio of sub focal plane polarization image sensors
- 光学精密工程 2023年31卷第7期页码：1012-1021
- 作者机构：
  
  1.清华大学精密仪器系，北京100084
  2.北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192
  3.清华大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
- 作者简介：
  
  [ "朱树旺（1998-），男，山东泰安人，硕士研究生，2020年于济南大学获得学士学位，主要从事成像式偏振传感器设计与测试方面的研究。E-mail： th_zsw1016@163.com" ]
  [ "赵开春（1973-），男，辽宁大连人，博士，副研究员，研究领域为仿生微纳光栅阵列器件的设计、制备与测试，仿生导航传感器系统的设计、构建与环境试验，微小卫星的姿态测量与控制技术。E-mail： kaichunz@mail.tsinghua.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  教育部联合基金资助项目(6141A02022606)
- DOI：10.37188/OPE.20233107.1012
  中图分类号： TP394.1;TP212
- 收稿日期：2022-10-21，
  
  修回日期：2022-11-18，
  
  纸质出版日期：2023-04-10
- 稿件说明：
移动端阅览
朱树旺,赵开春.分焦平面偏振图像传感器信噪比标定[J].光学精密工程,2023,31(07):1012-1021.

ZHU Shuwang,ZHAO Kaichun.Calibration of signal-to-noise ratio of sub focal plane polarization image sensors[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(07):1012-1021.
朱树旺,赵开春.分焦平面偏振图像传感器信噪比标定[J].光学精密工程,2023,31(07):1012-1021. DOI： 10.37188/OPE.20233107.1012.

ZHU Shuwang,ZHAO Kaichun.Calibration of signal-to-noise ratio of sub focal plane polarization image sensors[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(07):1012-1021. DOI： 10.37188/OPE.20233107.1012.

摘要

为了标定分焦平面偏振图像传感器的信噪比，设计了分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比标定实验。对分焦平面偏振图像传感器信噪比参数对偏振角度测量结果的影响程度、信噪比标定原理、标定实验流程等进行了研究。根据分焦平面偏振传感器的结构和数字图像传感器的数学模型得到信噪比的标定原理。在不同信噪比、不同入射角度线偏振光情况下，对偏振角度测量结果进行了仿真。然后，根据标定原理设计标定实验的装置结构和实验流程。最后，进行实际标定并对实验数据进行了分析。信噪比-偏振角度测量精度仿真结果表明：分焦平面偏振图像传感器的信噪比越大，偏振角度测量精度越高，且入射偏振光角度也会影响测量精度。分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比参数的实际测试结果表明：标定值与指标值相差不超过0.55 dB。实验结果证明，该方法是准确有效的，能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比的标定任务。

Abstract

To calibration the signal-to-noise ratio（SNR）of split-focus plane polarization image sensors， a calibration experiment of the SNR of each channel of a split-focus plane polarization image sensor was designed. The SNR parameters of the split-focus plane polarization image sensor were studied in terms of their influence on the polarization angle measurement results， the SNR calibration principle， and the calibration experiment procedure. The calibration principle of SNR was obtained based on the structure of the split-focus plane polarization sensor and the mathematical model of the digital image sensor. Then， the polarization angle measurement results were simulated under different SNR and different incident angle line polarization light cases. Subsequently， the device structure and experimental procedure of the calibration experiment were designed according to the calibration principle. Finally， an actual calibration was performed and the experimental data were analyzed. The simulation results show that the larger the SNR of the focal plane polarization image sensor， the higher the accuracy of polarization angle measurement， and the angle of incident polarized light also affects the measurement accuracy. The actual test results of the SNR of each channel of the focal plane polarization image sensor show that the difference between the calibration value and the index value is no more than 0.55 dB.The experimental results prove that the method is accurate and effective， and can better accomplish the calibration task of SNR for each channel of the split-focus plane polarization image sensor.

关键词

Keywords

references

周强国，黄志明，周炜 . 偏振成像技术的研究进展及应用［J］. 红外技术， 2021 ， 43 （ 9 ）： 817 - 828 .

ZHOU Q G ， HUANG ZH M ， ZHOU W . Research progress and application of polarization imaging technology ［J］. Infrared Technology ， 2021 ， 43 （ 9 ）： 817 - 828 . （in Chinese）

宫剑，吕俊伟，刘亮，等 . 红外偏振舰船目标自适应尺度局部对比度检测［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 223 - 233 . doi: 10.3788/ope.20202801.0223 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0223

GONG J ， LÜ J W ， LIU L ， et al . Adaptive scale local contrast detection for infrared polarization ship targets ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 223 - 233 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202801.0223 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0223

万振华，赵开春，褚金奎 . 基于偏振成像的方位测量误差建模与分析［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1688 - 1696 . doi: 10.3788/ope.20192708.1688 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192708.1688

WAN ZH H ， ZHAO K CH ， CHOU J K . Modeling and analysis of orientation measurement error based on polarization imaging ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1688 - 1696 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20192708.1688 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20192708.1688

张然，蔡弘，关乐，等 . 多云天气天空偏振定向方法［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 7 ）： 1499 - 1510 . doi: 10.37188/OPE.20212907.1499 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212907.1499

ZHANG R ， CAI H ， GUAN L ， et al . Polarization orientation method for cloudy sky ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 7 ）： 1499 - 1510 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212907.1499 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212907.1499

杨敏，徐文斌，田禹泽，等 . 面向运动目标探测的分时型红外偏振成像系统［J］. 光学学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 70 - 77 . doi: 10.3788/aos202040.1511001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.1511001

YANG M ， XU W B ， TIAN Y Z ， et al . Time-Sharing Infrared Polarization Imaging System for Moving Target Detection ［J］. Acta Optica Sinica ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 70 - 77 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos202040.1511001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.1511001

李松，张然，陈永台，等 . 分振幅偏振成像相机标定方法研究［J］. 光子学报， 2020 ， 49 （ 7 ）： 141 - 148 . doi: 10.3788/gzxb20204907.0711001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204907.0711001

LI S ， ZHANG R ， CHEN Y T ， et al . Calibration methods of amplitude-division polarization imaging camera ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2020 ， 49 （ 7 ）： 141 - 148 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20204907.0711001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20204907.0711001

罗海波，张俊超，盖兴琴，等 . 偏振成像技术的发展现状与展望（特邀）［J］. 红外与激光工程， 2022 ， 51 （ 1 ）： 109 - 118 . doi: 10.3788/IRLA20210987 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20210987

LUO H B ， ZHANG J CH ， GAI X Q ， et al . Development status and prospects of polarization imaging technology（ Invited ）［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2022 ， 51 （ 1 ）： 109 - 118 . （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA20210987 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20210987

刘则洵，万志，李宪圣，等 . 时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 7 ）： 1829 - 1837 . doi: 10.3788/ope.20152307.1829 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152307.1829

LIU Z X ， WAN ZH ， LI X SH ， et al . Influence factors on SNR of TDICCD space camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 7 ）： 1829 - 1837 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20152307.1829 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20152307.1829

张晨，孙世磊，石文轩，等 . 工业线阵CCD相机系统测试与噪声评估［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 10 ）： 2532 - 2539 . doi: 10.3788/ope.20162410.2532 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162410.2532

ZHANG CH ， SUN SH L ， SHI W X ， et al . Linear CCD camera system for industry measurement and its noise evaluation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 10 ）： 2532 - 2539 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162410.2532 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162410.2532

王玺，陈扬，胡小燕，等 . 集成偏振近红外焦平面探测器研制与信噪比分析［J］. 光电子·激光， 2017 ， 28 （ 3 ）： 250 - 255 .

WANG X ， CHEN Y ， HU X Y ， et al . Fabrication and signal-to-noise ratio analysis of an integratedpolarization focal plane detector for near-infrared light ［J］. Journal of Optoelectronics·Laser ， 2017 ， 28 （ 3 ）： 250 - 255 . （in Chinese）

卢皓，赵开春，尤政，等 . 天空散射光偏振成像噪声建模与分析［J］. 传感器与微系统， 2017 ， 36 （ 4 ）： 12 - 14，18 . doi: 10.13873/J.1000-9787(2017)04-0012-03 http://dx.doi.org/10.13873/J.1000-9787(2017)04-0012-03

LU H ， ZHAO K CH ， YOU ZH ， et al . Noise modeling and analysis of polarization imaging for scattered skylight ［J］. Transducer and Microsystem Technologies ， 2017 ， 36 （ 4 ）： 12 - 14，18 . （in Chinese） . doi: 10.13873/J.1000-9787(2017)04-0012-03 http://dx.doi.org/10.13873/J.1000-9787(2017)04-0012-03

王德江，孙翯，孙雪倩 . 消光比与探测器噪声对基于纳米线栅偏振成像系统偏振精度的影响［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 10 ）： 2371 - 2379 . doi: 10.3788/ope.20182610.2371 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182610.2371

WANG D J ， SUN H ， SUN X Q ， et al . Effect of extinction ratio and detector noise on polarization accuracy of nanometer wire grid polarization imaging system ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 10 ）： 2371 - 2379 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20182610.2371 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182610.2371

REBHAN D ， ROSENBERGER M ， NOTNI G . Principle investigations on polarization image sensors ［C］. Joint TC1-TC2 International Symposium on Photonics and Education in Measurement Science ， 2019 . doi: 10.1117/12.2533590 http://dx.doi.org/10.1117/12.2533590

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 . doi: 10.37188/OPE.20223002.0217 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223002.0217

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） . doi: 10.37188/OPE.20223002.0217 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223002.0217

赵永刚，孙春生 . 一种分焦平面偏振成像系统光源标定方法［J］. 应用光学， 2022 ， 43 （ 5 ）： 967 - 972 . doi: 10.5768/jao202243.0503006 http://dx.doi.org/10.5768/jao202243.0503006

ZHAO Y G ， SUN CH SH . Light source calibration for divided focal plane polarization imaging system ［J］. Journal of Applied Optics ， 2022 ， 43 （ 5 ）： 967 - 972 . （in Chinese） . doi: 10.5768/jao202243.0503006 http://dx.doi.org/10.5768/jao202243.0503006

陈圣，洪途，吕众，等 . 阵列相机光照度特性检测方法研究［J］. 光学技术， 2022 ， 48 （ 5 ）： 578 - 582，603 .

CHEN SH ， HONG T ， LÜ ZH ， et al . Research on illumination characteristics detection method of array camera ［J］. Optical Technique ， 2022 ， 48 （ 5 ）： 578 - 582，603 . （in Chinese）

KONNIK M ， WELSH J . High-level numerical simulations of noise in CCD and CMOS photosensors： review and tutorial ［J］. Computer Science ， 2014 .

European Machine Vision Association . Standard for characterization of image sensors and cameras， EMVA Standard 1288，Release 3.1 ［S］. 2016 .

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

白杨，赵开春，尤政 . 分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 1 ）： 31 - 37 . doi: 10.37188/OPE.20223001.0031 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223001.0031

BAI Y ， ZHAO K CH ， YOU ZH . Calibration of polarization axis direction of sub focal plane polarization image sensor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 1 ）： 31 - 37 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20223001.0031 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20223001.0031

浏览量

697

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

高信噪比荧光检测微反射器零模波导器件的研制

惯性空间TDI相机长弧段星源主动扫描设计

基于量子滤光及跟踪算法的火箭发动机尾焰粒子测速方法研究

基于延迟多普勒图像的GNSS-R有效波高反演方法

分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定