CCD相机内部参数标定论文

CCD相机内部参数标定 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 www.88doc88.com CCD相机内部参数标定 摘要 为了在精确测量中尽量消除误差，标定 CCD相机在实际测量环境中的内部参数有着重要的意义。 本文讨论了图像采集系统的主要时域特性参数, 包括平均暗输出、暗输出不均匀性、暗噪声、动态范围、光电响应不均匀性、光电响应线性度、信噪比等。根据它们产生的原因和实际的应用环境，在避免抽象的量子理论的情况下，得到了一套简单标定各个内部参数的方法。同时给出了各个参数的曲线图。用工作时间与输出灰度值关系标定平均暗输出;用各幅图像的最大输出灰度值与输入光强之间的关系来标定系统输入与输出的非线性;用白纸和毛玻璃组成的光路衰减自然光得到均匀的光，并用来标定输入均匀光强的情况下输出灰度值不均匀的特性;用信号与噪声的比值来标定CCD相机的信噪比。在处理采集的图像中，充分利用MATLAB的强大的图像处理功能，避免了直接测量CCD相机输出电压值。 关键词:CCD;暗输出;非线性;不均匀性;信噪比;动态范围www.yanziedu.com www.88doc88.com Calibration of CCD Camera Internal Parameter ABSTRACT In order to eliminate the error in the accurate measurement, calibrating the internal parameter of CCD in the real environment is significant. In this chapter, the main characteristic parameters in temporal domain of the image acquisition and processing system are discussed. Those parameters include average dark output, dark output non-uniformity, dark output noise, non-linearity and non-uniformity of photo-electron response, signal to noise ratio, etc. According to the reason why they produce and real working environment, and in case of avoiding quantum theory, we get a simple method of calibrating the internal parameter of CCD. In the same time, I provided the curve graph of each parameter. Using the relationship of working time and output the grey level value to calibrated the average dark output; Using the relationship of the input light intensity and the maximal output grey level value to calibrated the non-linearity of photo-electronic response; Using the blank sheet of paper and frosted glass to decay the nature light intensity and to get a uniformity light intensity, which are used to calibrating the non-uniformity of photo-electron; Using the ratio of signal and noise to calibrated the SNR of the CCD camera. In dealing with the picture, we fully utilize the MATLAB to processing the image, in order to avoid directly measuring output voltage of the CCD camera. Keywords:average dark output; dark output non-uniformity; dark output noise; non-linearity; non-uniformity; signal to noise ratio www.yanziedu.com www.88doc88.com 目录 摘要 ........................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................. II 1绪论 ....................................................................................................................... 1 1 .1 CCD ................................................................................................................ 1 1 .1 .1 CCD的应用 ......................................................................................... 1 1 .1 .2 CCD标定的目的和意义 ...................................................................... 2 1 .1 .3国内外对相机内部参数标定的方法 ................................................... 3 1 .1 .4 CCD数码相机的主要特点和特性 ....................................................... 4 1 .1 .5研究的主要内容 .................................................................................. 6 2图像采集系统的特性参数 .................................................................................... 7 2 .1 平均暗输出................................................................................................... 7 2 .1 .1原理 ..................................................................................................... 7 2 .1 .2 测试结果及结果分析 ....................................................................... 8 2 .2暗输出不均匀性 ............................................................................................. 9 2 .2 .1原理 ......................................................................................................... 9 2 .2 .2测试结果及分析.....................................................................................10 .3暗噪声 ........................................................................................................... 11 2 2 .3 .1 原理 ................................................................................................. 11 2 .3 .2 测试结果及分析 .............................................................................. 11 2 .4 光电响应线性度 ..........................................................................................12 2 .4 .1 原理及光路图 ..................................................................................12 2 .4 .2 测试结果及分析 ..............................................................................13 2 .5 动态范围 .....................................................................................................14 2 .5 .1 原理 .................................................................................................14 2 .5 .2 测试结果及分析 ..............................................................................15 2 .6 光电响应不均匀性 ......................................................................................16 2 .6 .1 原理及光路图 ..................................................................................16 2 .6 .2 测试结果及分析 ..............................................................................17 2 .7 信噪比 .........................................................................................................18 2 .7 .1 原理 .................................................................................................18 2 .7 .2 测试结果及分析 ..............................................................................18 3结论与展望...........................................................................................................20 致谢 .........................................................................................................................22 参考文献 .................................................................................................................23 附录 1 开题报告 .................................................................................................. 1 附录 2 中期报告 .................................................................................................. 1 附录 3 英文原文 .................................................................................................. 1 附录 4 英文翻译 .................................................................................................. 1 附录 5 MATLAB程序清单 .................................................................................. 1 www.yanziedu.com www.88doc88.com 1绪论 1 .1 CCD 1 .1 .1 CCD的应用 CCD(电荷耦合器件，Charge Coupled Device)，是70年代初发展起来的新型半导体光电成像器件。美国贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年 随后建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD的基本提出了CCD的概念， 理论。30多年来，随着新型半导体材料的不断涌现和器件微细化技术的日趋完备，CCD技术得到了较快的发展。目前，CCD技术已广泛应用于信号处理、数字存贮及影像传感等领域。其中，CCD技术在影像传感中的应用最为广泛，已成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的领域之一。 CCD的应用领域: (1)医疗分类:电子显微镜 ;口腔內视观察 ;齿科观察;特殊电子内视镜; (2)产业分类:色彩管理、定位、量测;外观检查--工厂自动化;条码识别; 工厂废气排放监控;建筑、机械微小间隙检查;超小工业内视镜;管路检 查;高速检查;高速移动物体件记录，快速重播(修正错误用)。 (3)按教育分类:各种实验、实习的观察，记录。 (4)电脑资讯:影像扫描器;网路影像电话。 (5)交通应用:路况、流量监控;车辆牌照记录、搜寻(犯罪车、遗失车、超 速„„);汽车倒车影像; (6)一般管理: 金融机关、银楼、超市店铺等、住家访客过滤、自动提款机 安全监视;大楼通道、电梯、停车场、出入口等重要场所安全管理;工厂 出入口、生产线、机械操作、员工管理;特种营业场所，饭店旅游馆出入 口、内部营业状况监控。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 1 .1 .2 CCD标定的目的和意义 一个理想的CCD 摄像系统应该是无畸变、无噪声的线性空间不变系统, 但实际系统无法满足这个条件。不同的应用领域对CCD 的要求不一样, 厂家提供的一些性能指标并不能完全满足实际应用需求。另外, 由于CCD 的性能参数随着时间将发生变化, 所以为了保证观测的可靠性, 需要对CCD 在实际应用的环境下进行标定。例如: 在新型光电传感器中，电荷耦合器件(CCD)由于本身具有优良的光电和机械特性而应用于各个领域中。但是在实际应用中，特别失在高量化率的精密测量中，CCD各像元光电特性的不均匀性会给测量结果带来较大的误差。为了提高测量精度，必须对CCD器件本身的不均匀性进行测量，以便在测量过程中能对 [5] 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 结果进行校正。 在CCD用于时时动态测量时，CCD像元光电响应不均匀性及非线性会给测量精度带来影响。CCD在实时动态测量时该满足下面的关系: (1-1) VxKxExEx()[,()](), 式(1-1)中:V(x)是CCD的x像元输出的电压;E(x)是CCD的像元的曝光量;K[x,E(x)]是比例系数，既是位置x的函数，又是曝光量E(x)的函数。 中位置x表征了CCD的光电响应的不均匀性;E(x)表征CCD的光电ExEx[,()] 响应非线性。由上式可知，由于光电响应的不均匀性和非线性，使CCD输出的电压信号没有真实反映曝光量分布。我们知道，CCD测量技术就是提取CCD曝光量空间分布的特征信息的技术。由于曝光量分布的失真，使提取的特征信息发生失真，其结果必然导致测量误差。因此，为了提高测量精度，对光电相应的 [2]不均匀性和非线性要进行校正。 在天文应用中CCD是在很特殊的条件下工作的，如观测对象极暗，积分时间很长，天文学家所关心的是量子效率、光谱响应和噪声特性。在低光度观测中，CCD的噪声问题显得尤为突出。所以，对暗噪声和信噪比的测量也很重要。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 1 .1 .3国内外对相机内部参数标定的方法 传统摄像机标定方法: [7](1)变换矩阵法:变换矩阵法从透视变换的角度,在针孔(pin hole) 模型的基础上建立摄像机成像模型。这种方法不需要最优方法,直接从已知的三维空间坐标点求解摄像机的内外参数,运算速度快便于实时计算,但由于引入了中间变量,要求解的方程组为参数方程组,只能得到较好的隐式解。 [7](2)非线性最优化方法:该方法利用三维坐标的一些特征点与相应的图像点的坐标的相互关系,建立方程,寻找在某些约束条件下的最小值。虽然这种方法建立的摄像机模型具有较高的准确性,然而最后求解一般采用递归方法,如果初始值设定不当,不一定能得到理想的解。 [8](3)Tsai 的两级标定法:Tasi 根据摄像机的径向畸变模型,利用径向准直约束条件提出一种两阶段标定方法:首先根据径向准直约束求解出大部分模型参数,然后通过非线性搜索方法求解畸变系数、有效焦距等参数。 [6](4) 使用尖劈法标定CCD系统线性动态范围:尖劈由两个表面构成, 分别镀不同反射率的膜层, 两表面的夹角可调。一束入射光入射到尖劈上, 经尖劈的两个表面的多次反射形成一列光强分布相似能量逐级递减的子光束。相邻子光束的能量衰减倍数为R1。然后，根据输入线性光强，而输出非线性灰度值来标定系统非线性。此方法能同时测量光电响应非线性和光电响应不均匀性，但是在实际测量时，尖劈最好用法伯 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 具，因此光路不好实现。光路如图1.1，图1.2: 图1.1 图1.2 www.yanziedu.com www.88doc88.com [5](5)使用光点注入法标定光电响应不均匀性:测试中采用光点注入法，即用直径为50微米的光点沿像元排列方向逐个对像元进行扫描，测试系统的原理框图见图1.3，被测CCD每个像元所接收的光强相等。这样保证了输入光强的均匀性。但是，测量仪器比较复杂并且控制比较难，在一般的测量中难以实现。 图 1.3 光点注入法 其中:(1),(3)种方法主要是标定系统的畸变，我们在测量JAI-A50的内部参数时，基本上与畸变无关。 1 .1 .4 CCD数码相机的主要特点和特性 在许多应用中，CCD相机的性能与理想的光检测器相似。理想的光检测器能将一个入射光子转换为可检测的信号，而且能够在一幅图像中同时检测到非常强和非常弱的光信号。CCD相机的好坏主要区别在于它的性能，表现在噪声低、灵敏度高、量子效率高、线性度好、动态范围大、像素响应均匀性和空间分辨率高等方面，其中一些特性，比如灵敏度、线性度和动态范围与相机扫描速度(即读出速度)直接相关的。 CCD相机的主要内部参数有: (1)暗电流。所有的硅器件都会产生暗电流，其原因在于少数载流子的激发产生了许多热电子，在CCD器件中热电子形成暗电流。暗电流会影响系统性能。 [10](2)线性度。所谓线性度，是指CCD相机产生的电信号与入射和线性关系。在典型的视频或TV应用中，人们并不关心系统的线性度，高达20%的偏差是允许的。然而，在成像科学领域中，响应的线性是必须考虑的重要参数，理想情www.yanziedu.com www.88doc88.com 况下，每一个像素都可视为一个高保真的光子测量器件;它产生的电信号与入射光的强度成精确的正比。 [10](3)动态范围。动态范围是指CCD相机可观察图像的照度范围。它可用数字化的灰度来表示:8bit、12bit等。动态范围决定了最小可分辨光强，是选择某些应用场合所需相机的关键参数。许多相机和成像系统的分辨率是按照电路给出的，但这并不能反映系统的实际情况，例如，由一个模拟视频相机和采集卡抽组成系统的分辨率通常是按照采集卡的分辨率来定义的有效的分辨率，通常由视频相机的噪声或线性度所限制。 (4)噪声特性。 CCD相机的电路噪声是限制相机灵敏度和分辨率的主要因素。一个设计良好的高性能CCD相机，噪声通常只是视频相机的百万分之一到千分之一。 (5)像素响应不均匀性。 造成不均匀性的原因是多种多样的，硅材料本身的质量以及CCD的生产工艺造成的不均匀性是无法改变的，如沟道掺杂浓度不均匀、表面态密度分布不均匀以及栅氧化物厚度不同造成的开启电压不同，感光单元有效面积不同，从而引入了固定模式噪声，表现为暗电流及光电响应的不均匀性。 (6)信噪比。信噪比的大小与CCD的成像质量有很大的关系，是CCD相机的一个重要参数。 (7)灵敏度。 灵敏度是CCD的最为重要参数之一，它具有两种物理意义。一种是表示光电器件的光电转换能力，与响应率的意义相同。对于给定芯片尺寸的CCD来说，其灵敏度可用单位光功率所产生的信号电流表示，单位可以为纳安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦(V/W)、伏/勒克斯(V/Lux)、伏/流明(V/lm)。光辐射能流密度 2在光度学中常以照度Lux表示，其转换式为1W/m=20lx。在有的资料中，也用mV/lx?s来表示CCD的灵敏度，严格说来，这是CCD图像传感器的响应度，即单位曝光量所得到的有效信号电压，它反映了CCD图像传感器的灵敏度和输出级的电荷/电压转换能力。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 另一种是指器件所能传感的最低辐射功率(或照度)，与探测率的意义相同。单位可用瓦(W)或勒克斯(Lux)表示。 (8)分辨率。 分辨率是图像传感器的重要特性。与采用电子束扫描方式的电真空摄像管的结构不同，CCD图像传感器采用自扫描方式，每个光敏单元都被隔开较大的距离。因此，CCD的光电转换实质上是由空间上分立的光敏单元对光学图像进行抽样。光敏单元呈周期性排列，假设要摄取的光学图像是沿水平方向光强(亮度)为正弦分布的条状图像，经CCD的光敏单元进行光/电转换，所得的信号在时间轴方向也为正弦波信号。根据奈氏抽样定理，CCD的极限分辨率是空间抽样频率的一半，因此，CCD原分辨率主要取决于CCD芯片的像素数。其次，还受到传输效率的影响。高集成度的光敏单元可获得高分辨率，但光敏单元尺寸的减少将导致灵敏度降低。一些新的工艺结构的应用(如双层像感结构)可在范围内提高CCD的灵敏度。分辨率通常用电视线(TVL)表示。 1 .1 .5研究的主要内容 对JAI,A50内部各个参数进行标定:(1)平均暗输出;(2)暗输出不均匀性;(3)暗噪声;(4)光电响应非线性;(5)动态范围;(6)光电响应的不均匀性;(7)信噪比。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 2图像采集系统的特性参数 2 .1 平均暗输出 2 .1 .1原理 在正常工作情况下，MOS电容处于未饱和的非平衡状态。然而随着时间的推移，由于热激发而长生的少数载流子是使系统趋向平衡。因此，即使在没有光照或其它方式对器件进行电荷注入的情况下，也会存在不希望有的暗电流。暗电流是大多数成像器件所共有的特性，是判断一个摄像器件好坏的重要特性[1]。 产生暗电流的主要原因是:耗尽的硅衬底中电子自价带至导带的本征跃迁，少数载流子在中性体内的扩散及Si-SiO界面引起的暗电流。在大多数情况下，2 以Si-SiO界面引起的暗电流为主。为了减小暗电流，应采用缺陷尽可能少的晶2 体和减少玷污。另外，暗电流还与温度有关。温度越高，热激发产生的载流子越多，暗电流越大。 即:暗电流的大小与光照强度无关，而与CCD像素的本征材料，大小，温度有关。 系统在无光照情况下各像元Vid的平均值Vmd称为平均暗输出。如式(2-1): N1 (2-1) VmdVid,,N,1i 式中，N为系统总像元数。 测量平均暗输出的方法简单，把JAI-A50相机置于全黑环境中，并让相机一直工作，从开机开始，每隔3分钟采集一幅图像，采集多幅图像。 测量时应注意:1. 要保证所有像点灰度数据均大于零，以避免零值切割造成的 噪声不能正负相抵。 2. 在采集全黑环境的暗输出时，必须把采集的图像保存为未压www.yanziedu.com www.88doc88.com 缩的格式。 2 .1 .2 测试结果及结果分析 图 2.1 平均暗输出 从图2.1上可以看出: (1)相机平均暗输出随时间的不断延长基本上逐渐增大。由于相机自身温度随着工作时间的延长而不断上升，直到相机温度与环境温度达到平衡。所以，平均暗输出的增加也可以反映出相机的温度上升。因此，在工程测量中，若要得到较为精确的测量值，必须让相机工作在较低的温度下。 (2)常温下，相机在工作100分钟后，输出灰度值基本上不再上升，可以认为相机平均暗输出在工作100分钟后基本上保持稳定。稳定在4.90,4.95之间。 (3)在0,100分钟内的输出灰度值并非一直增大，而是在某些地方时间靠后的灰度值比前面小，这反映出影响暗输出的因素并非只与工作时间有关，www.yanziedu.com www.88doc88.com 可能还与外部温度变化。 (4)通过计算，暗输出最大灰度值为25。 2 .2暗输出不均匀性 2 .2 .1原理 暗电流的大小与光强度无关，而与CCD像素的本征材料、大小、温度等有关。CCD暗电流的主要成分有:(1)耗尽层内通过复合,产生中心的热产生;(2)通过表面态的热产生;(3)通过本征跃迁过程的热产生;(4)在耗尽区边界的 [4]扩散电流。由文献可知，在室温下，边界扩散电流可以忽略，以体内、表面复合中心贡献为主，本征产生贡献比它们小一个数量级以上。由此，CCD输出端一个像素产生的暗电流为: 11JJJqnxvNqsn,，,,， (2,2) ddsiDthti0022 其中，q为单位电荷量,为本征载流子浓度;为耗尽层宽度;σ是对n 0xiD 空穴或电子的俘获截面;为电子热运动平均速度;是复合中心浓度; vNtht **s=πσvDKT为表面复合速度;σ是表面态的俘获截面;D是有效表面0sthsss态密度;K是波尔兹曼常数;T是绝对温度。 由于受到加工工艺的限制，每个像素的材料、面积大小各不相同，导致了CCD每个像元暗电流大小不同，而形成暗输出不均匀性。 系统在无光照情况下各像元暗输出Vid的标准差与其平均值Vmd的比值称为 暗输出不均匀性。符号为NUD，可用百分数表示。如下式: N112 (2,3) NUDVidVmd,,(),VmdN,1i 测量暗输出不均匀性，只要将CCD摄像机预热后，置于全黑环境，采集多副图像，对应像点进行平均以消除噪声影响，然后按式(2,1)和(2,3)计算即可。可用测量平均暗输出所采集的图像来计算暗输出不均匀性。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 2 .2 .2测试结果及分析 图 2.2 暗输出不均匀性 从图2.2可以看出: (1)常温下，暗输出不均匀性随着CCD工作时间的延长，从12,到9.5,之 间逐渐减小。 (2)结合图2.1，我们可以得出，在实际的测量中，为了校正平均暗输出和 输出不均匀性，最好让相机工作100分钟后再进行测量。因为这时暗输 出的不均匀性较小变化也小，平均暗输出也基本上稳定在4.93上。 (3)比较平均暗输出和暗输出不均匀性(图2.1和图2.2)，我们可以看出 ， 平均暗输出越大，暗输出越均匀。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 2 .3暗噪声 2 .3 .1 原理 随机涨落(不包括固定的不均匀性)的标准差称为暗噪声。符号为Vn，如 式(2-4): N_12 (2,4) Vn(VidV),,,N,1i _ 式中,为暗输出的抽样值，为平均值，N为抽样次数。 VVid 测量暗噪声可以由定义出发，随机选取任意一个像点，进行多次测量得到抽样 值进而计算暗噪声。为了保证随机性，抽样次数必须很多。 Vid 2 .3 .2 测试结果及分析 图 2.3 暗噪声 从图 2.3可以看出: www.yanziedu.com www.88doc88.com 像面上各像元的暗噪声大小分布在0.1—0.7之间，而且集中在0.3751左右。但是，由于实验条件的限制而不能在很短的时间内测量多幅图像，暗噪声不能成明显的正态分布。 2 .4 光电响应线性度 2 .4 .1 原理及光路图 定义:光电响应线性度是系统重要的特性参数，定义为系统输入、输出信号的关系接近线性的程度。即在规定得范围内，探测器的输出电量精确地正比于 [9]输入光量的性能。 测量原理:线性度是辐射功率的复杂函数，指器件中的实际响应曲线接近拟合直线的程度，通常用非线性误差δ来度量。 ,max,, (2-5) II,21 式(2-5)中，为实际响应曲线与拟合直线之间的最大偏差;II分别,12,max 为线性区中最小和最大响应值。 光路图: 图 2.4 测量非线性光路图 为了让光度计测量到的光强从0开始逐渐增大，在这里用激光器和两个偏www.yanziedu.com www.88doc88.com 振片来实现;图中的扩束镜和毛玻璃的作用是减小光强，这样避免了偏振片之间的夹角改变很小而输入光度计和相机的光强却改变很大，并且会增大测量误差，分束镜选用7:3是为了减小光度计所带来的误差。 2 .4 .2 测试结果及分析 图 2.5 非线性 在数据处理时，选用图片中最亮点，我们把这些点认为是输入光强的对应值，因为在计算非线性和动态范围时，可以认为各像元的光电转化能力都是一样的;而且，当光路不变时，可以认为像面上各像元的输出灰度值改变只与偏振片夹角的改变有关。 从图 2.5可以看到出: CCD相机的线性范围是:相机输出灰度值为22,255之间;通过三阶拟和，在线性区内，CCD相机的输出灰度值在两条平行线之间，因此可以求出它的非 15,,,00625.线性值: 25515, www.yanziedu.com www.88doc88.com 注意: 在测量中由于不能在暗室进行，而且一直选用图中最亮的点，因此，我们得到最大的暗输出值为22，远远超出了平均暗输出值,所以，我们对输出值进行三阶拟和得到的线性范围为15,255。采用光强计监测激光输入能量, CCD 记录光电响应, 得到输入与输出响应曲线。其缺点是将能量测量误差引入标定结果, 测量精度降低。 2 .5 动态范围 2 .5 .1 原理 [1]。势 定义:动态范围由势阱的最大电荷存储量与噪声电荷量之比决定阱的最大电荷存储量: (2-6) QCUA,oxG ,栅极电压 ,MOS电容容量 A,栅极电压的面积 UCGOX 由式(2-6)可知，CCD势阱的最大电荷存储量与电极面积A成正比;与栅极电压成正比;与单位面积的氧化层电容成正比。另外，还与器件的结UCGOX [1]构(SCCD还是BCCD;二相还是三相CCD)等因素有关。 15,32如某CCD的电极面积为，P型Si的杂质浓度NA为，10cm1020()，,m 氧化膜厚度为0.1，栅极电压为10V，则SCCD结构势阱的电荷最大存储量,m 5为0.6PC或个电子。在BCCD结构情况下计算比较复杂，随着沟道深度3.710， 的增加，势阱可容纳的电荷量减少，对于与上述SCCD相同条件的BCCD，若氧化膜厚度0.1，相当于沟道深度外延层厚度为21，则约为QQ/,m,mSCCDBCCD4.5。 对于二相驱动情况，实际能容纳电荷的电极面积式整个电极面积的一半。为此，二相驱动情况下，势阱中存储的电荷量要减少一半。 b. 噪声: www.yanziedu.com www.88doc88.com 在CCD中有以下几种噪声源:1.由于电荷器件注入器件引起的噪声;2.电 [2]荷转移过程中,电荷量的变化引起的噪声;3.由检测时产生的噪声。 与CCD有关的噪声: (1) 光子噪声:由于光子发射是随机过程，因而势井中收集的光电荷也是随机的，这就成为噪声源。由于这种噪声源与CCD传感器无关，而取决于光子的性质，因而成为摄像器件的基本限制因素。这种噪声主要对于低光强下的摄像有影响。 (2) 暗电流噪声:与光子发射一样，暗电流也是一个随机的过程，因而也成为噪声源。而且，若每个CCD单元的暗电流不一样，就会产生图形噪声。 (3) 胖零噪声:包括光学胖零噪声和电子胖零噪声，光学胖零噪声由使用时的偏置光的大小决定，电子胖零噪声由电子注入胖零机构决定。 (4) 浮噪声:这种噪声起因于界面缺陷，在BCCD中起因于体缺陷，但BCCD中浮获噪声小。 (5) 输出噪声:这种噪声起因于输出电路复位过程中产生的热噪声。该噪声若换算成均方根值就可以与CCD的噪声相比较。 此外，器件的单元尺寸不同或间隔不同也会成为噪声，但这种噪声源可以通过改进光刻技术而减少。 测量原理: 系统的饱和输出Vs与暗噪声Vn之比称为动态范围，它表征系统可探测信号的最大相对范围。符号为DR，如式(2-7): VsDR, (2,7) Vn 测量光路如图2.4。 2 .5 .2 测试结果及分析 255DR,,51 根据公式(2,7)可以算出:，所以JAI,A50系统可探测5 www.yanziedu.com www.88doc88.com 信号的最大相对范围为:51。 2 .6 光电响应不均匀性 2 .6 .1 原理及光路图 表征系统各像元响应度的不一致性。定义为器件在50%饱和曝光量条件下，各像元输出V的标准差与平均值V之比。符号为NU，如下式: i N112 (2-8) NU(ViV),,,VN,1i 式(2-8)中，N为系统总像元。由于实验条件所限，无法满足50%的曝光量，但是在CCD有效动态范围内，在其它曝光量条件下，同样可以利用该比值来表示CCD面阵探测器光电响应的不均匀性。 面阵探测器响应不均匀性的传统测量方法，是用显微物镜形成小光点，逐个扫描每一像元，记录相应的输出并进行比较。这对几十万像元的CCD来说，耗时极多。比较简单的方法是采用均匀光场，直接照射CCD器件，采集每一像元响应，按式(2-8)计算。光路如图2.6。 图 2.6 光电响应不均匀性光路图 www.yanziedu.com www.88doc88.com 2 .6 .2 测试结果及分析 图 2.7光电响应不均匀 从图 2.7上可以看出: (1)相机的不均匀性从0.08左右减小到0.047左右。 (2)对比暗输出不均匀性，即使用以上的装置来测量CCD相机的不均匀也 比暗输出来得均匀。但是，在标定过程中，由于条件的改变(即，用改变 相机的方向来改变光强)，在上图中出现了不均匀性随输出灰度值变化不明 显。通过三阶拟和可以看出:输出的不均匀性随输出灰度值增大而减小。 所以在测量时尽量让照到像面上的光强大些，尽量让CCD输出灰度值在180 ,240之间。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 2 .7 信噪比 2 .7 .1 原理 信噪比即信号与噪声的比值, 它表征信号的“洁净”程度。 SVsVs (2-9) ,,20lg20lgNNVn12(),ViV,N,1i 式(2-9)中:为信号电压，为噪声电压，V是平均值，Vi是各像元输VsVn 出标准偏差。光路如图2.6。 2 .7 .2 测试结果及分析 图 2.8 信噪比 从图2.8可以看出: CCD相机信噪比随着相机输出灰度值(即:输入光强)的增大而增大。当 www.yanziedu.com www.88doc88.com 输出灰度值为120,240之间时，信噪比从21,22之间提高到26,27之间。所以在实际应用中，若要得到比较好输出图像，需要增大输入光强。例如:我们在照相时，阴天照的图像没有晴天时照的图像清晰，因为，在晴天照相时，像面上光强比阴天时强，所以图像的信噪比提高了。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 3结论与展望 JAI-A50系统在实际应用环境下，测量的参数为: (1)暗输出:通过在无光照的情况下，测量CCD相机系统的平均暗暗输出与工作时间的关系表明:在常温下，相机必须工作100分钟后才有稳定的平均暗输出值，稳定在4.90,4.95之间。此时，系统的暗输出也比较均匀，不均匀性值基本上稳定在0.095,0.1之间。在测量中我们必须对系统暗输出进行校 [4]正，减小暗输出对测量的影响。 (2)光电响应的非线性:通过计算系统输入光强与输出灰度值之间的关系，得到输入线性增大的光强而输出灰度值为非线性。在测量中取图像中灰度值最大的点，避免了输入光能量变化的影响。测出JAI-A50CCD的非线性度为0.0625。 [6]但是在标定中没有用尖劈法精确。 (3)动态范围:根据输出最大灰度值为255，平均暗输出值为5，得到系统可探测信号的最大相对范围为:51。 (4)光电响应不均匀性:用自然光经过白纸和毛玻璃组成的光路的衰减得到均匀的光，用它来CCD响应不均匀性。测出CCD不均匀度为0.047,0.08之间。但是由于CCD相机像面比较大，要想在这么大的区域内保证整个CCD阵列得到均匀照射是十分困难的，因此不能如何保证每个像元受到同样的入射光通 [5]量的照射。，为了解决这个问题，可以用光点注入法。 (5)信噪比:CCD相机信噪比随着输入光强的增大(即:相机输出灰度值的增大)而增大。输出灰度值从120上升到240，而信噪比从21,22之间提高到26,27之间。 在整个测量过程中只测量系统的输出灰度值，并用MATLAB计算输出灰度值与输入光强之间的关系。在实际应用中，对不同场合应用的CCD相机的各个参数值还要进行校正。希望在用JAI-A50进行工程测量时，上面的测量结果能起到参考作用。 但是，在标定中由于测量条件的限制，在测量暗噪声时不能够在很短的时www.yanziedu.com www.88doc88.com 间内采集几十幅图像，而不能很好地反映系统暗噪声特性;在测量光电响应的 [5]不均匀性时，最好能用均匀的光源并且输出光强可变或用光点注入法测量。www.yanziedu.com www.88doc88.com 致谢 感谢马卫红老师的关心，指导和教诲。在整个毕业设计中，马老师给予我极大的帮助和关怀，他不但精心指导我的设计工作，时刻关心我的工作进展，而且还教会我许多书本上学不到的知识，使我知道了作为一个科研工作者所必备的素质和能力，教给了我很多做事做人的道理。我相信这些道理在我以后的工作和学习中都有很大的帮助。 本论文的撰写与马卫红老师的悉心教导密不可分，成稿后他又在百忙之中给予仔细审查，提出了宝贵的意见。在此表示最衷心的感谢～ 同时，舍友和同学们也给予我极大的帮助和支持。我深深的感谢马卫红老师的指导，感谢我的我的舍友和同学们～ www.yanziedu.com www.88doc88.com 参考文献 【1】 王庆有，雷玉堂. 光电检测技术. 北京:中国计量出版社，2002. 【2】 王庆有. CCD应用技术. 天津:天津大学出版社，2000. 【3】 宋丰华. 现代空间光电系统. 北京:国防工业出版社，2004. 【4】 陈迎娟，张之江，张智强. CCD像素响应不均匀性的校正方法. 光学 精密工程，2004，12(2):216,220 【5】 吴裕斌，曹丹华，CCD 成像器件的不均匀性测试. 华中理工大学学 报，1998，26(8):58,60 【6】 谢旭东，陈波，CCD系统线性动态范围的标定. 强激光与粒子束， 2002，12(s1):182,184 【7】 Tsai Roger Y. An efficient and accurate camera calibration technique for 3d machine vision[A] . Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition [C] . 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SPIE, Vol.1656,pp.544-549,1992 www.yanziedu.com www.88doc88.com 附录 1 开题报告 CCD相机内部参数标定 1(题目来源、背景与意义，及含国内外相关研究综述 自1970年美国贝尔实验室研制成功第一只电荷耦合器以来，依靠已经 成熟的MOS集成电路工艺，CCD技术得到迅速发展。作为一种新型光电转换 器，CCD图像传感器现已广泛应用于电视摄像、图像采集、目标跟踪以及工 业测量等领域。 为了适应在各种领域中的应用，CCD相机的各种性能得以重视。 例如:为了对能量分布的测量，要求CCD有良好的线性响应特性;而在 电视摄像机中，为了得到良好的视觉效果，却要对它进行r校正。 在某些应用领域，特别是在高精度测量系统中，CCD象素的不均匀性会 给测量结果带来较大的误差。为了提高测量精度，必须对象素不均匀性进行 校正。 所以，对相机的内部参数进行标定显得非常重要。 2(课题任务要求 测量JAI-A50各方面得参数: (1) 测量平均暗输出; (2) 测量暗输出不均匀性; (3) 测量暗噪声; (4) 测量光电响应非线性; (5) 测量动态范围; (6) 测量光电响应不均匀性; (7) 测量信噪比; 3(关键问题及拟解决的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (1)平均暗输出:系统在无光照情况下各像元Vid的平均值Vmd称为平 N1均暗输出。如式:VmdVid, 式中:N为系统总像元数。 ,N,1i (2) 不均匀性:系统在无光照情况下各像元暗输出Vid的标准差与其平www.yanziedu.com www.88doc88.com N112均值的比值称为暗输出不均匀性。 VmdNUDVidVmd,,(),VmdN,1i (3) 暗噪声:随机涨落(不包括固定的不均匀性)的标准差称为暗噪 N_12声。符号为，如式: ，式中，为暗输出的抽VnVidVn(VidV),,,N,1i _ 样值，为平均值，N为抽样次数。 V (4) 光电响应非线性:线性度是辐射功率的复杂函数，指器件中的实 ,max,,际响应曲线接近拟合直线的程度，通常用非线性误差δ来度量。II,21 式中，为实际响应曲线与拟合直线之间的最大偏差;分别为线性II,12,max 区中最小和最大响应值。 (5) 动态范围:系统的饱和输出Vs与暗噪声之比称为动态范围，Vn VsDR,它表征系统可探测信号的最大相对范围。符号为DR，如下式: Vn (6) 光电响应不均匀性:表征系统各像元响应度的不一致性。定义为 器件在50%饱和曝光量条件下，各像元输出V的标准差与平均值V之比。i N112符号为NU，如下式: ，式中，N为系统总像NU(ViV),,,VN,1i 元。 (7) 信噪比:信噪比即信号与噪声的比值, 它表征信号的“洁净”程度。 SVsVs ,,20lg20lgNNVn12(),ViV,N,1i 式中:Vs为信号电压，Vn为噪声电压，V是平均值，Vi是各像元输出标准 偏差。 4(完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法，以及已开展的工作 本课题所必须的工作条件:JAI-A50、光强可调的光源、激光器、两个偏振片、扩束镜、一个7:3分束镜、光度计、MATLAB处理软件、毛玻璃和粗糙白纸。 前三周中已搜集并整理了有关CCD参数测量的论文和书籍。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 5(完成本课题的工作方案及进度 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 工作方案:将从CCD各参数的概念出发，总结别人所用的测量方法，并找 出最佳方案，结合自身的实验设备，寻找更简单有效的方案。 进度计划:(1)第一周,第三周:资料查阅; (2)第四周,第六周:熟悉掌握MATLAB语言在图像处理和数据处 理中的应用。 (3)第七周,第十一周:测量各部分参数，并完成整理数据。 (4)再用一周时间整理论文。 (5)剩余时间分配到每个实验中(如果实验未在计划时间内完成) www.yanziedu.com www.88doc88.com 附录 2 中期报告 CCD相机内部参数标定 前期工作总结: 1( 充分了解了CCD相机内部参数的定义，以及内部参数在评价一部相机好坏上 起到的作用。 2( 翻译了一篇英文论文(CCD TECHNOLOGY PRIME) 3( 写完论文的引言 4( 测量了 JAI-A50相机的三个参数 4(1平均暗输出 把JAI-A50相机置于全黑环境中，并让相机一直工作，从开机开始，每隔3分钟采集一幅图像，计算各副图像的平均暗电流(像素的灰度平均值)，并绘出平均暗输出的直方图和曲线图。 从图上可以看出: (1)相机平均暗输出随时间的不断延长基本上逐渐增大。由于相机自身温度随着工作时间的延长而不断上升，直到相机温度与环境温度达到平衡。所以，平均暗输出的增加也可以反映出相机的温度上升。因此，在工程测量中，若要得到较为精确的测量值，必须让相机工作在较低的温度下。 www.yanziedu.com www.88doc88.com (2)常温下，相机在工作100分钟后，输出灰度值基本上不再上升，可以认为相机平均暗输出在工作100分钟后基本上保持稳定。稳定在0.90,0.95之间。(3)在0,100分钟内的输出灰度值并非一直增大，而是在某些地方时间靠后的灰度值比前面小，这反映出影响暗输出的因素并非只与工作时间有关，可能还与外部温度变化。 (4)通过计算，暗输出最大灰度值为25。 4(2暗输出不均匀性 n112 在这里只需要把采集到的图像按照工式: NUDVidVmd,,(),VmdN,1i计算既可。 从图上可以看出: (1)常温下，暗输出不均匀性随着CCD工作时间的延长，从12,到9.5,之间逐渐减小。 (2)结合图1，我们可以得出，在实际的测量中，为了校正平均暗输出和输出不均匀性，最好让相机工作100分钟后再进行测量。因为这时暗输出的不均匀性较小变化也小，平均暗输出也基本上稳定再4.93上。 (3)比较平均暗输出和暗输出不均匀性，我们可以看出 ，平均暗输出越大，暗输出越均匀。 4(3暗噪声 测量暗噪声可由定义出发，随即选取任意一个像点，进行多次测量得到抽样值Vid近而计算暗噪声。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 遇到的问题: 在计算各种参数时要用MATLAB编程，调用各种图像。 例如:1.在测量平均暗噪声时若不用循环语句，而直接一幅图像接一幅图 像输入时工作效率较低 2.在测量暗噪声是，数据量更大，工作量也更大。 3.不会对数据图像进行拟合。 解决问题: 在接下来的时间中，勤问导师和查阅资料，解决MATLAB中所遇到的难题。 下期工作: 1. 测量相机JAI-A50的动态范围 2. 测量相机JAI-A50的光电相应不均匀性 3. 测量相机JAI-A50的光电响应线性度 4. 测量完上面的三个参数后整理数据，并写论文总结 查阅的资料: 1. 庞长富 图像采集系统的特性参数的测试与评价〔J〕 2. 科学级CCD数码相机的研究与开发 3. 奕中杰 线阵CCD光电参量测试系统的研究〔J〕 www.yanziedu.com www.88doc88.com 附录 3 英文原文 www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com www.88doc88.com 附录 4 英文翻译 CCD技术入门 1. CCD传感器 电荷耦合器件有很多用途，但是最重要的作用是用在成像方面。 它最 基本的工作方法是把光转化为电子。当光照到成像器件的光敏区，它将激发 硅晶体上的原子。光子的能量使电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，而 使原子成为裸露的原子核。把缺少电子的原子称为空穴。越多的光子照到传 感器上，将产生越多的电子孔穴对。 由于光子必须有足够的能量才能使硅晶体产生电子孔穴对，低能量(短 波长)的光子越难被探测到，而且在硅晶体中传播得越深。另一方面，高能 量(短波长)的光子越容易在传感器晶体表面被吸收而可能不能到达光敏区。 因此，传感器有一个工作光谱范围，将在长波和短波外逐渐下降。每一个光 子产生电子的数量被称为“量子效率”。 电子在硅晶体中可以被孔穴分离和收集(积分)，就像一个水桶收集掉 进里面的雨滴。收集到的电荷(或水滴以次类推)由光强、它的光谱和积分 时间决定。 通过做一个由这些“水桶”做成的线阵或者面阵，使表现一幅照到传感 器上的图像成为可能。术语“满势阱”容量描述了每个势阱在没有溢出时最 大电荷存储量。因此，在有规则的间隔内必须把势阱清空，用测量它的电荷 量来决定光强的大小。这可以用电荷耦合器件或者CCD寄存器来完成。测 量装置被设置在每一行的末端，称为输出端。最近的势阱中的电荷输出到测 量装置产生信号来决定存储电荷的大小。空的势阱可以重新被后面势阱中的 电荷填满，依次类推只到线阵的后面。用这种方法不要移动势阱(水桶)的 位置就可以测量全部势阱的电荷。从大量“水桶”(或像元)产生一系列的 数据流的能力，使控制和方便采样高分辨率照到传感器上的光成为可能。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 与存储“水桶”相等价的是MOS存储器。一个CCD寄存器可以看成 是一系列这样的存储器紧密排列在硅晶体中，所以电荷可以有效地从一个寄 存器转移到另一个寄存器中。MOS寄存器是在硅中沉淀一层P型高导层， 并在光敏层上面覆盖一层二氧化硅绝缘层制成的。 在结构中，通过在多晶硅电极上加一个正电压，与感光底层形成一个电 场。感光层是少掺杂P型材料并经过仔细减少会出现缺点的杂质。一些接近 表面的导电子会被电极吸引，聚集在二氧化硅表面，而空穴被排斥到感光低 层。因为电子聚集在电极下面，这样形成一个存储区，或者说是“水桶”。 存储区的大小由加到上面的电压决定，电压可以随意加上或者撤消。 通过热能CCD的运转是非常复杂的。在室温下，即使在全黑的环境下， 硅里面的热量产生电子空穴对。这些电子足够填充存储区。可是，如果先在 电极上加一个正电压，将有一个初始电子不足，为以后产生的电子提供一个 空的存储区。最后由热量产生的电子空穴对，它们产生电子空穴对的几率对 温度非常敏感，这会干扰信号。因此，除非通过降低CCD的温度，不然， 存储区只能为信号电荷积分很短的时间。 为了阻止电子在传感器上的展开，存储区的侧面被限制。通过在电极边 缘下面高掺杂P型沟道形成的潜在障碍，每一行(或一列)的存储区与另外 一行(或一列)是分别独立的。越高的掺杂就需要越高的电压来形成电荷存 储区。在平常的工作电压下，门电压是不够高的，阻止了电荷向低掺杂区外 溢出。由离子组成的高掺杂沟道被称为是“通道阻止”。沿着每一行存储区， 通过向一个或多个电容加一个低的偏压而形成静电屏障来分离电荷包。但 是，每一个像素(或门)都需要一个电容来存储电荷包。通过改变门电压， 根据需要来选择存储模式或者阻止模式是可能的。通过操作门电压，控制存www.yanziedu.com www.88doc88.com 储的电荷包沿着CCD寄存器移动而不用被别的寄存器中断。 BCCD(体沟道或埋沟道器件) 然而，通过很简单的排列，信号电荷非常接近于二氧化硅表面，硅表面材料性质的不同产生电子缺陷，这些缺陷影响信号电荷和降低传感器的性能。通过把存储区做得更深并远离氧化层，这些问题可以被减少。这可以通过在二氧化硅底下再掺杂一层N型衬底来完成。 在平常的操作中，这埋藏层被充分地耗尽，并且把暂时的电荷存储区深入到底层远离表面，这就被称为“埋藏沟道”装置。不过，假如电荷存储区可以被填充，电子仍然可以很接近表面。最好的做法是妥协，避免满势阱来减少表面缺陷的影响和避免空阱来加大信噪比。 电荷转移效率 CCD可以达到的最大电荷转移率被电荷转移效率限制，指电荷包从一个存储门到下一个存储门被成功转移与全部电荷之比的分数形式。由于大量的硅的缺陷和有限的电子转移的时间间隔，有少量的电荷遗留在后面。这些电荷将与之后面的电荷包相混合而降低了信号的逼真度。虽然它的误差随着像元的增大被累积，通过认真的CCD设计，这些缺点在DALSA传感器中被大量减少。 拖拽 (Smear现象特指，对于CCD传感器，当画面内射入高辉度点光源时，在整个画面上形成一条白色条纹(带状)的现象。特别是对于一些不具备机械快门的数码相机，当某个画素单元积蓄的电荷饱和后溢出，在整个画面上将形成竖带状 ) 另外可导致缺点将上升根源是存储电荷包通过成像区域CCD到达输出端。在读出的时候，电子图像的产生是连续的。这些可以污染电荷包，根源于图像的一部分的电荷包和另一部分额外的电子相加。这种作用我们把它叫做“拖拽”;这可以被减少，通过确保转移栅的读出时间比信号电荷的收集时间还短(积分时间)。因此，在一个给定的积分时间，低的拖拽需要很高的读出速度。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 另一种拖拽上升的根源是当在硅中产生的电子被附近的存储门捕捉而大于光在存储门上而损失。这统计学效果归源于漫射任意的产生电子朝存储区。由于长波在传感器更深层被吸收而涂抹更加厉害。在专门的应用场合下需要非常低的涂抹，通过提供存储区在高掺杂的N型衬底上有分开的P掺杂区来减小这种效果是可能的。 抑制过度曝光和曝光控制 当光生电子率非常高(例如。一副很亮的图像)，它可能会用完CCD存储器的全部的存储容量。多余的电子溢出到邻近的像元里，降低了信号的精度。这就是“过度曝光”它可以通过缩短积分时间来减少。但是，即使这样做也是不够的，这意味着还需要排出溢出的电荷。 一种适应性很强的设计是把分开的光电二极管当成光传感器，通过标准的处理，在接近CCD像元的一个独立的N+区可以在P型衬底上形成。信号电荷在N+区域内积分但是俩俩之间不能移动。必须提供一个转移栅来形成一个光电二极管与附近CCD存储区之间的通道。这个栅对所有光电二极管是共有的，使所有电荷包都能够平行转移到附近的CCD寄存器。在光电二极管旁边的别的转移栅，叫做“电荷重置栅”，使电荷从光电二极管转移到公共输出端。这第二个栅提供重置功能，因为它可以用来清空电荷而不影响CCD的信号。这样可以控制CCD的积分时间独立于输出速率，从而提供电子的曝光控制。在积分时间内，调整重置偏移栅可以来确保在光电二极管被完全填满前过量电荷被排出，这样提供一个“侧面抑制曝光”的作用。 固定模式噪声和图像响应不均匀性 当未曾应用曝光控制时，在刚开始光电二极管积分的电压由转移栅电压的高低决定。可是，转移栅结构的不均匀导致在转移栅下电压上小的不同。www.yanziedu.com www.88doc88.com 另外，在栅线上有限的电阻导致传感器上电压的不同和导致栅下电压的不同。这在每个积分时期的开始阶段，光电二极管的电压上可以产生很小的不同。因为这是栅结构的一个特征，它是固有的，这样把它叫做“固定模式噪声”或简称为FPN。但是，这些变化不会影响大部分信号电荷转移到CCD中，信号的转移只依赖于积分时间和光电子的转移速度。 但是，当执行了曝光控制，在开始积分时光电二极管的电压由重置偏压决定。如果它的偏压比以前的高，其电压的大小由转移栅电压的大小决定，这时引入大量的最初电荷。即使光强低于零流明，这些电荷就像一个信号一样可以通过转移栅转移到CCD寄存器。这本身不是问题，因为直流信号在输出端可以轻易去除。但是，转移栅下偏压的不均匀性会产生直流电压的偏移，这些像素间的变化增加了固定模式噪声。 在应用中需要很高的均匀性，通过存储后面的信号减去在零流明下产生的信号来补偿固定模式噪声。这在成像系统中加入信号处理电路。 在传感器中微量不均匀性的其它的结果是在相同的光照下产生变化的电荷。不均匀性可以提高，例如，光电二极管的接受光部分有很小的变化，这图像响应非均匀性(PRNU)在需要时可以像补偿固定模式噪声一样的技术补偿。 输出噪声和重置噪声 CCD寄存器中的电荷包太小而不能直接输出并且没有大的信噪比降低。取而代之用小的寄存器来把信号电荷转换为电压，在传输之前电压可以被放大。换句话说，输出结构是用来把小电荷转换为电压。这可以用电荷转换效率，即每个电荷单元产生的电压来表明它的功能。输出端的结构通过把电荷倾倒到不固定的N+区来完成，或者倒入不固定栅下面的存储电容中来完成。前面的方法是最常用的办法，因为制造比较容易而且 www.yanziedu.com www.88doc88.com 对温度更不敏感。但是，在每一个测量后必须重置N+存储电容排出电荷。 在另一方面，浮动栅的办法有更大的优势，因为电荷包可以转移回去而 没有被破坏。它可以比做称量一杯水的重量。而且，浮动栅不需要重置。 这是非常重要的，因为重置操作导致热噪声，表现为每个像素的不同。 如果需要，重置噪声可以通过相关双采样(CDS)来消除。输出端电 容器噪声大小由快速取样重置脉冲和保持电路和后面减去噪声来决定。为 了取得整个系统的最大信噪比，使转移效率最大是很重要的，这意味输出 端电容尽量小。增加反馈技术来减小寄生电容来减小电容。 2(传感器的结构 线性扫描传感器 最简单的结构是线性传感器，由一排光电二极管(光栅)接近信号CCD 输出寄存器组成。在这种排列中最大像元密度由CCD栅极大小决定，在每 一个栅中不止一个像元。而且，大的像元数需要更长的数据读出时间。为 了克服这种缺点在与它平行的地方增加一排寄存器，让光电二极管交替连 接到不同的CCD寄存器。这样光电二极管可以排列得更紧密，而且，通过 平均CCD寄存器个数减少了电荷的转移次数。适合于多像元高输出速度读 出。最常用的是双线性传感器。 面阵传感器 用一批平行光敏CCD寄存器形成一个面阵来拍二维像，按习惯朝上和 朝下来组装。在面阵最底下边缘是单一的水平CCD寄存器(HCCD)，用来 连接垂直寄存器(VCCD)的输出端产生信号输出。这样形成一个简凑的面 阵。但是，大的像面和低速率的帧输出导致大量的涂抹，因为垂直寄存器仍 然暴露在成像下，并且每一次水平寄存器的清空只能转移出一个电荷包。为 了避免这种缺点，垂直寄存器可以向下扩展到它的两倍长度，下面 www.yanziedu.com www.88doc88.com 半截遮蔽住，不让图像照到上面形成电荷存储区。用这种办法可以在上 半截成像区把它转化为信号，并迅速把它转移到下半截存储区。这被叫做 帧转移传感器。一般在水平寄存器和垂直寄存器之间加一个转移栅，用来 阻止水平寄存器中的电荷未被清空前就转移到水平寄存器中。 行间转移与填充因子 在某些应用中需要为每个CCD寄存器提供一列光电二极管来连接重置 栅侧面抑制过度曝光和曝光控制。在这种排列下图像可以在光栅上积分，传 输到垂直CCD寄存器，然后传输到帧存储器中。帧插入转移的缺点是减少 了每个像元光敏面的大小。这部分叫做“孔径比”或“光填充因子”。 滤色片阵列 色彩成像需要滤色片或者棱镜。最简洁的办法是应用互补色滤光片(由 红，绿，蓝三色组成)，分色板上颜色的分布和恢复分离的颜色信号有很多 方法。 时延和积分传感器 面阵传感器还有另外重要的应用，例如为线性成像的时延和综合传感 器。从上面机械地线性扫描到下面。垂直CCD寄存器时钟频率与电荷转移www.yanziedu.com www.88doc88.com 速率和方向相同。这样确保信号电荷的重建保持在图像相同部位。用这种办法，与单一像元暂时存储时间相比，图像信号可以积分更长的时间。传感器的灵敏性提高了。因此，TDI传感器可以用于低光照水平，或用于要很高的扫描速率中。它还可以平均每列的不均匀性提高性噪比。传感器底部用转移栅来控制电荷移动到水平读出寄存器。 3(传感器的时钟系统 四相时钟 一个常用的技术是四相时钟系统，即:每个像元都有四个栅。在任意时间内有两个起屏障作用(没有存储电荷)和两个起存储电荷作用。 在正常运行中，从右边大多数存储栅置比它高的电压开始。如图5a。他使存储区向右边屏障区加宽和允许电荷向超出存储区的栅极底下延伸。同时，左边存储区栅极转为低电压，它使存储区从左边减小使电荷向保持电压的存储栅移动。起结果是电荷向右移动了一个栅极宽度。再重复三次操作，就可以把电荷移动到下一个像元里。用这种方式持续给栅极加上时钟脉冲，电荷将沿着寄存器从左向右移动。在水平的CCD或线性传感器中，这种方式叫做读出，读出时钟叫做CR1，CR2，CR3和CR4。垂直寄存器和水平寄存器之间的转移栅由TCK时间脉冲控制，光电二极管重置栅由像元重置脉冲PR控制，输出电容重置时钟是RST。在面阵和TDI传感器中，电荷沿着垂直的CCD寄存器转移可以通过成像时钟C11，C12，C13和C14来控制。在水平CCD读出时，当转移时钟变高时应用C11-C14为快速转移到水平寄存器做准备连续转移图像是可能的。但是，这可导致C1馈通信号进入视频信号中。通过突发时钟脉冲形式，这种馈通信号是可以避免的，把C1脉冲固定并保持到水平CCD读出完毕。除非速度的代价高到无法接受，推荐使用这种方案。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 三相时钟脉冲 用三相时钟脉冲可以提高空间分辨率，每个像元需要三个栅。如图5b。它与四相不同在于它应用一个栅存储，另外两个作为屏障。其结果是减到了像元存储能力三分之一。但是，它的时钟体系更好。而且，通过应用三个独立的多晶硅层，三相不需要“共享”同一个多晶硅层，因此提高了产量。 双相时钟脉冲 最简单控制电荷包移动的方向是双相系统。如图5c。每个像元中的四个栅，没两个相同的栅连在一起，然后接到时钟线上。每一对栅下面是增加的N型掺杂物。当一个偏压加到每一对栅极上时，在更高掺杂下栅极下面的电压更高。这使局部电荷存部更深，在剖面形成一个台阶。这样电子只能朝一个方向移动。通过交替调制时钟脉冲线的高度，让电荷包沿着CCD掺杂位置的方向移动。这种做法的最大优点是对时钟相位的不敏感，比三相和四相更具有活力。 像素组合 一种特殊的时钟安排可以在把电荷包送出到放大器前先把邻近像元的电荷包结合起来。这样降低了传感器的空间分辨率，但是通过结合一些小电荷包，在弱光条件下提高了信噪比。像TDI传感器一样，增加的电荷通过平均像元之间的变化减少了噪声水平。这种技术叫做像元组合。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 4(辐射度和光的响应度 辐射度是科学光计量，无论光是否可见。光度测定是它的一个子集。用同样的方法定义可见光。光度测量像一个辐射场有它自己的一套单位，包括:勒克斯，流明，坎德拉等，而辐射度只用标准的国际单位，例如:焦耳，瓦特和米。两者的转化依赖于标准眼睛反应曲线，即:适光曲线。为了在低光照下应用，用一种不同的标准眼睛，暗视力曲线，表现了不同波长下响应不同和波峰不同。 人眼的适光曲线在500和600纳米之间可以近似认为完全响应，来避免在辐射度和光度量之间的转化时的积分计算。假如给出光度量的照明信息，必须转化为辐射度来得到照相机的响应。 辐射照度 为了决定照相机适合在大部分应用下的参数，从给定光源条件来计算相应的输出和得到成像物体的性质是很有用的。假如景物中包括不同颜色和不同反射率的不同物体，就很难计算反射光的性质。把场景里面的光叫辐射并用光强密度表示。 例如，假如来自于100瓦光源的均匀光照到一平方米的表面，其辐射度是100W/m。一些光被反射到一个或不同的方向。在远处接收的反射光叫做辐射光，它的发光强度可以用单位立体角上的光通量表示，光出射度用单位面积内的光通量表示。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 当反射光很分散时很难表现出不同的物体，特别是当有些物体的反射光比别的物体强时更难。为了适应大范围复杂的场景，必须使用反射光的平均值。用这种方法辐射源被假定为标准面的反射光。像传统的摄影一样，18%的反射率描述一个公正的估计。在某些特殊物体的成像中这种值是不合适的。很复杂的反射光的计算是很困难的，最多也只能粗略计算相机的响应。因此，用光度计更容易计算可见光的反射光强平均值。光谱由照明性质和反射物体决定。不过，如果知道相机的辐射，通过相机光谱响应函数和传感器的光谱照明曲线就可以计算相机系统的输出。 光源 经常用等价的黑盒模型来决定照明光源的谱线，理想物体发出稳定和持续的光谱由温度决定。在低的温度下发出长波，裸眼无法看见。比较高的温度下，波峰向长波转移并且光强增加。这样热体发出红光，在更高的温度下发出白光。黑体不是白炽光源 。荧光管，激光等有它们独自的发射谱线。虽然如此， 包括计算机监视器的萤光的光源的颜色平衡有时以等价物为特点黑色的身体"色温"， 虽然他们从范围的绿色的部分被光线照着经常富有。 照相机镜头 照相机收集从场景上反射的光并通过聚焦到CCD传感器上。镜头除了把图像聚焦外，还增加了光强。严格地说，镜头有自己的吸收光谱响应会吸收一些光，但在评价时可以忽略。镜头接收光的能力由它的口径决定。即镜头接收光的能力与它的F数相关，焦距和口径的尺寸的比例，或更精确地说，直接与数值孔径成比例，二倍焦距的倒数。因此，CCD传感器的辐射照度为:辐射照度=PI*辐亮度*(NA/(M+1))。M为放大倍数。 响应 传感器光谱响应曲线描述了传感器对给定质量的光在特殊波长上的响应。在宽波段内传感器的响应与曝光时间是线性成比例的。这个曲线必须与光谱照明曲线相结合，在给定输入时推知传感器的输出。这通过积分传感器的响应谱线来实现它们的结合。这种做法是很重要的，它可以通过把它们离散为一系列简单的距形来简化响应曲线。在测量光谱响应，特别是在应用日 www.yanziedu.com www.88doc88.com 光照明时，建议使用别的实验测试方法。 www.yanziedu.com www.88doc88.com 附录 5 MATLAB程序清单 4.1平均暗输出 I1=imread('10.17.bmp'); I1=mean(I1); I1=mean(I1); I2=imread('10.20.bmp'); I2=mean(I2); I2=mean(I2); I3=imread('10.23.bmp'); I3=mean(I3); I3=mean(I3); I4=imread('10.26.bmp'); I4=mean(I4); I4=mean(I4); I5=imread('10.29.bmp'); I5=mean(I5); I5=mean(I5); I6=imread('10.32.bmp'); I6=mean(I6); I6=mean(I6); I7=imread('10.35.bmp'); I7=mean(I7); I7=mean(I7); I8=imread('10.38.bmp'); I8=mean(I8); I8=mean(I8); I9=imread('10.41.bmp'); I9=mean(I9); I9=mean(I9); www.yanziedu.com www.88doc88.com I10=imread('10.44.bmp'); I10=mean(I10); I10=mean(I10); I11=imread('10.47.bmp'); I11=mean(I11); I11=mean(I11); I12=imread('10.50.bmp'); I12=mean(I12); I12=mean(I12); I13=imread('10.53.bmp'); I13=mean(I13); I13=mean(I13); I14=imread('10.56.bmp'); I14=mean(I14); I14=mean(I14); I15=imread('10.59.bmp'); I15=mean(I15); I15=mean(I15); I16=imread('11.02.bmp'); I16=mean(I16); I16=mean(I16); I17=imread('11.05.bmp'); I17=mean(I17); I17=mean(I17); I18=imread('11.08.bmp'); I18=mean(I18); I18=mean(I18); I19=imread('11.11.bmp'); I19=mean(I19); I19=mean(I19); www.yanziedu.com www.88doc88.com I20=imread('11.14.bmp'); I20=mean(I20); I20=mean(I20); I21=imread('11.17.bmp'); I21=mean(I21); I21=mean(I21); I22=imread('11.20.bmp'); I22=mean(I22); I22=mean(I22); I23=imread('11.23.bmp'); I23=mean(I23); I23=mean(I23); I24=imread('11.26.bmp'); I24=mean(I24); I24=mean(I24); I25=imread('11.29.bmp'); I25=mean(I25); I25=mean(I25); I26=imread('11.32.bmp'); I26=mean(I26); I26=mean(I26); I27=imread('11.36.bmp'); I27=mean(I27); I27=mean(I27); I28=imread('11.41.bmp'); I28=mean(I28); I28=mean(I28); I29=imread('11.43.bmp'); I29=mean(I29); I29=mean(I29); www.yanziedu.com www.88doc88.com I30=imread('11.47.bmp'); I30=mean(I30); I30=mean(I30); I31=imread('11.50.bmp'); I31=mean(I31); I31=mean(I31); I32=imread('11.55.bmp'); I32=mean(I32); I32=mean(I32); I33=imread('12.00.bmp'); I33=mean(I33); I33=mean(I33); I34=imread('12.04.bmp'); I34=mean(I34); I34=mean(I34); x=[3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 98 103 107]; y=[I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 I13 I14 I15 I16 I17 I18 I19 I20 I21 I22 I23 I24 I25 I26 I27 I28 I29 I30 I31 I32 I33 I34]; plot(x,y,'r:+') grid on; 4.2暗输出不均匀性 I1=imread('10.17.bmp'); I1=double(I1); mean1=mean(I1); a1=mean(mean1); s1=std2(I1); NUD1=s1/a1; I2=imread('10.20.bmp'); I2=double(I2); www.yanziedu.com www.88doc88.com mean2=mean(I2); a2=mean(mean2); s2=std2(I2); NUD2=s2/a2; I3=imread('10.23.bmp'); I3=double(I3); mean3=mean(I3); a3=mean(mean3); s3=std2(I3); NUD3=s3/a3; I4=imread('10.26.bmp'); I4=double(I4); mean4=mean(I4); a4=mean(mean4); s4=std2(I4); NUD4=s4/a4; I5=imread('10.29.bmp'); I5=double(I5); mean5=mean(I5); a5=mean(mean5); s5=std2(I5); NUD5=s5/a5; I6=imread('10.32.bmp'); I6=double(I6); mean6=mean(I6); a6=mean(mean6); s6=std2(I6); NUD6=s6/a6; I7=imread('10.35.bmp'); I7=double(I7); www.yanziedu.com www.88doc88.com mean7=mean(I7); a7=mean(mean7); s7=std2(I7); NUD7=s7/a7; I8=imread('10.38.bmp'); I8=double(I8); mean8=mean(I8); a8=mean(mean8); s8=std2(I8); NUD8=s8/a8; I9=imread('10.41.bmp'); I9=double(I9); mean9=mean(I9); a9=mean(mean9); s9=std2(I9); NUD9=s9/a9; I10=imread('10.44.bmp'); I10=double(I10); mean10=mean(I10); a10=mean(mean10); s10=std2(I10); NUD10=s10/a10; I11=imread('10.47.bmp'); I11=double(I11); mean11=mean(I11); a11=mean(mean11); s11=std2(I11); NUD11=s11/a11; I12=imread('10.50.bmp'); I12=double(I12); www.yanziedu.com www.88doc88.com mean12=mean(I12); a12=mean(mean12); s12=std2(I12); NUD12=s12/a12; I13=imread('10.53.bmp'); I13=double(I13); mean13=mean(I13); a13=mean(mean13); s13=std2(I13); NUD13=s13/a13; I14=imread('10.56.bmp'); I14=double(I14); mean14=mean(I14); a14=mean(mean14); s14=std2(I14); NUD14=s14/a14; I15=imread('10.59.bmp'); I15=double(I15); mean15=mean(I15); a15=mean(mean1); s15=std2(I15); NUD15=s15/a15; I16=imread('11.02.bmp'); I16=double(I16); mean16=mean(I16); a16=mean(mean16); s16=std2(I16); NUD16=s16/a16; I17=imread('11.05.bmp'); I17=double(I17); www.yanziedu.com www.88doc88.com mean17=mean(I17); a17=mean(mean17); s17=std2(I17); NUD17=s17/a17; I18=imread('11.08.bmp'); I18=double(I18); mean18=mean(I18); a18=mean(mean18); s18=std2(I18); NUD18=s18/a18; I19=imread('11.11.bmp'); I19=double(I19); mean19=mean(I19); a19=mean(mean19); s19=std2(I19); NUD19=s19/a19; I20=imread('11.14.bmp'); I20=double(I20); mean20=mean(I20); a20=mean(mean20); s20=std2(I20); NUD20=s20/a20; I21=imread('11.17.bmp'); I21=double(I21); mean21=mean(I21); a21=mean(mean21); s21=std2(I21); NUD21=s21/a21; I22=double(imread('11.20.bmp')); mean22=mean(I22); www.yanziedu.com www.88doc88.com a22=mean(mean22); s22=std2(I22); NUD22=s22/a22; I23=double(imread('11.23.bmp')); mean23=mean(I22); a23=mean(mean23); s23=std2(I23); NUD23=s23/a23; I24=double(imread('11.26.bmp')); mean24=mean(I24); a24=mean(mean24); s24=std2(I24); NUD24=s24/a24; I25=double(imread('11.29.bmp')); mean25=mean(I25); a25=mean(mean25); s25=std2(I25); NUD25=s24/a25; I26=double(imread('11.32.bmp')); mean26=mean(I26); a26=mean(mean26); s26=std2(I26); NUD26=s26/a26; I27=double(imread('11.36.bmp')); mean27=mean(I27); a27=mean(mean27); s27=std2(I27); NUD27=s27/a27; I28=double(imread('11.41.bmp')); mean28=mean(I28); www.yanziedu.com www.88doc88.com a28=mean(mean28); s28=std2(I28); NUD28=s28/a28; I29=double(imread('11.43.bmp')); mean29=mean(I29); a29=mean(mean29); s29=std2(I29); NUD29=s29/a29; I30=double(imread('11.47.bmp')); mean30=mean(I30); a30=mean(mean30); s30=std2(I30); NUD30=s30/a30; I31=double(imread('11.50.bmp')); mean31=mean(I31); a31=mean(mean31); s31=std2(I31); NUD31=s31/a31; I32=double(imread('11.55.bmp')); mean32=mean(I32); a32=mean(mean32); s32=std2(I32); NUD32=s32/a32; I33=double(imread('12.00.bmp')); mean33=mean(I33); a33=mean(mean33); s33=std2(I33); NUD33=s33/a33; I34=double(imread('12.04.bmp')); mean34=mean(I34); www.yanziedu.com www.88doc88.com a34=mean(mean34); s34=std2(I34); NUD34=s34/a34; x=[0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 79 84 86 90 95 100 105 109]; y=[NUD1 NUD2 NUD3 NUD4 NUD5 NUD6 NUD7 NUD8 NUD9 NUD10 NUD11 NUD12 NUD13 NUD14 NUD15 NUD16 NUD17 NUD18 NUD19 NUD20 NUD21 NUD22 NUD23 NUD24 NUD25 NUD26 NUD27 NUD28 NUD29 NUD30 NUD31 NUD32 NUD33 NUD34]; plot(x,y,'r:+') grid on; 4.3暗噪声 I1=double(imread('10.17.bmp')); I2=double(imread('10.20.bmp')); I3=double(imread('10.23.bmp')); I4=double(imread('10.26.bmp')); I5=double(imread('10.29.bmp')); I6=double(imread('10.32.bmp')); I7=double(imread('10.35.bmp')); I8=double(imread('10.38.bmp')); I9=double(imread('10.41.bmp')); I10=double(imread('10.44.bmp')); I11=double(imread('10.47.bmp')); I12=double(imread('10.50.bmp')); I13=double(imread('10.53.bmp')); I14=double(imread('10.56.bmp')); I15=double(imread('10.59.bmp')); I16=double(imread('11.02.bmp')); I17=double(imread('11.05.bmp')); I18=double(imread('11.08.bmp')); I19=double(imread('11.11.bmp')); I20=double(imread('11.14.bmp')); www.yanziedu.com www.88doc88.com I21=double(imread('11.17.bmp')); I22=double(imread('11.20.bmp')); I23=double(imread('11.23.bmp')); I24=double(imread('11.26.bmp')); I25=double(imread('11.29.bmp')); I26=double(imread('11.32.bmp')); I27=double(imread('11.36.bmp')); I28=double(imread('11.41.bmp')); I29=double(imread('11.43.bmp')); I30=double(imread('11.47.bmp')); I31=double(imread('11.50.bmp')); I32=double(imread('11.55.bmp')); I33=double(imread('12.00.bmp')); I34=double(imread('12.04.bmp')); I=cat(3,I1,I2,I3,I4,I5,I6,I7,I8,I9,I10,I11,I12,I13,I14,I15,I16,I17,I18,I1 9,I20,I21,I22,I23,I24,I25,I26,I27,I28,I29,I30,I31,I32,I33,I34); a=std(I,1,3); histeq(a); 4.4光电响应非线性 I1=double(imread('1.bmp')); I2=double(imread('2.bmp')); I3=double(imread('3.bmp')); I4=double(imread('4.bmp')); I5=double(imread('5.bmp')); I6=double(imread('6.bmp')); I7=double(imread('7.bmp')); I8=double(imread('8.bmp')); I9=double(imread('9.bmp')); I10=double(imread('10.bmp')); I11=double(imread('11.bmp')); www.yanziedu.com www.88doc88.com I12=double(imread('12.bmp')); I13=double(imread('13.bmp')); I14=double(imread('14.bmp')); I15=double(imread('15.bmp')); I16=double(imread('16.bmp')); I17=double(imread('17.bmp')); I18=double(imread('18.bmp')); I19=double(imread('19.bmp')); I20=double(imread('20.bmp')); I21=double(imread('21.bmp')); I22=double(imread('22.bmp')); I23=double(imread('23.bmp')); I24=double(imread('24.bmp')); I25=double(imread('25.bmp')); I26=double(imread('26.bmp')); I27=double(imread('27.bmp')); I28=double(imread('28.bmp')); I29=double(imread('29.bmp')); I30=double(imread('30.bmp')); I31=double(imread('31.bmp')); I32=double(imread('32.bmp')); I33=double(imread('33.bmp')); I34=double(imread('34.bmp')); I35=double(imread('35.bmp')); I36=double(imread('36.bmp')); I37=double(imread('37.bmp')); I38=double(imread('38.bmp')); I39=double(imread('39.bmp')); I40=double(imread('40.bmp')); I41=double(imread('41.bmp')); www.yanziedu.com www.88doc88.com I42=double(imread('42.bmp')); I43=double(imread('43.bmp')); I44=double(imread('44.bmp')); I45=double(imread('45.bmp')); I46=double(imread('46.bmp')); I47=double(imread('47.bmp')); I=cat(3,I1,I2,I3,I4,I5,I6,I7,I8,I9,I10,I11,I12,I13,I14,I15,I16,I17,I18,I1 9,I20,I21,I22,I23,I24,I25,I26,I27,I28,I29,I30,I31,I32,I33,I34,I35,I36,I37 ,I38,I39,I40,I41,I43,I43,I44,I45,I46,I47); a1=max(max(I)); x=[0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.19 0.21 0.22 0.23 0.25 0.26 0.29 0.33 0.36 0.40 0.43 0.46 0.49 0.55 0.57 0.6 0.66 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.01 1.06 1.11 1.15 1.21 1.25 1.31 1.38 1.43]; y=a1(:,:); plot(x,y,'r:+'); grid on max=max(max(y)); min=min(min(y)); max,min 4.5光电响应不均匀性及信噪比 I1=imread('0.bmp'); I1=double(I1); mean1=mean(I1); a1=mean(mean1); s1=std2(I1); NUD1=s1/a1; sn1=a1/s1; I2=imread('1.bmp'); I2=double(I2); mean2=mean(I2); www.yanziedu.com www.88doc88.com a2=mean(mean2); s2=std2(I2); NUD2=s2/a2; sn2=a2/s2; I3=imread('2.bmp'); I3=double(I3); mean3=mean(I3); a3=mean(mean3); s3=std2(I3); NUD3=s3/a3; sn3=a3/s3; I4=imread('3.bmp'); I4=double(I4); mean4=mean(I4); a4=mean(mean4); s4=std2(I4); NUD4=s4/a4; sn4=a4/s4; I5=imread('4.bmp'); I5=double(I5); mean5=mean(I5); a5=mean(mean5); s5=std2(I5); NUD5=s5/a5; sn5=a5/s5; I6=imread('5.bmp'); I6=double(I6); mean6=mean(I6); a6=mean(mean6); s6=std2(I6); www.yanziedu.com www.88doc88.com NUD6=s6/a6; sn6=a6/s6; I7=imread('6.bmp'); I7=double(I7); mean7=mean(I7); a7=mean(mean7); s7=std2(I7); NUD7=s7/a7; sn7=a7/s7; I8=imread('7.bmp'); I8=double(I8); mean8=mean(I8); a8=mean(mean8); s8=std2(I8); NUD8=s8/a8; sn8=a8/s8; I9=imread('8.bmp'); I9=double(I9); mean9=mean(I9); a9=mean(mean9); s9=std2(I9); NUD9=s9/a9; sn9=a9/s9; I10=imread('9.bmp'); I10=double(I10); mean10=mean(I10); a10=mean(mean10); s10=std2(I10); NUD10=s10/a10; sn10=a10/s10; www.yanziedu.com www.88doc88.com I11=imread('10.bmp'); I11=double(I11); mean11=mean(I11); a11=mean(mean11); s11=std2(I11); NUD11=s11/a11; sn11=a11/s11; I12=imread('11.bmp'); I12=double(I12); mean12=mean(I12); a12=mean(mean12); s12=std2(I12); NUD12=s12/a12; sn12=a12/s12; I13=imread('12.bmp'); I13=double(I13); mean13=mean(I13); a13=mean(mean13); s13=std2(I13); NUD13=s13/a13; sn13=a13/s13; I14=imread('13.bmp'); I14=double(I14); mean14=mean(I14); a14=mean(mean14); s14=std2(I14); NUD14=s14/a14; sn14=a14/s14; I15=imread('14.bmp'); I15=double(I15); www.yanziedu.com www.88doc88.com mean15=mean(I15); a15=mean(mean1); s15=std2(I15); NUD15=s15/a15; sn15=s15/a15; I16=imread('15.bmp'); I16=double(I16); mean16=mean(I16); a16=mean(mean16); s16=std2(I16); NUD16=s16/a16; sn16=a16/s16; I17=imread('16.bmp'); I17=double(I17); mean17=mean(I17); a17=mean(mean17); s17=std2(I17); NUD17=s17/a17; sn17=a17/s17; I18=imread('17.bmp'); I18=double(I18); mean18=mean(I18); a18=mean(mean18); s18=std2(I18); NUD18=s18/a18; sn18=a8/s18; I19=imread('18.bmp'); I19=double(I19); mean19=mean(I19); a19=mean(mean19); www.yanziedu.com www.88doc88.com s19=std2(I19); NUD19=s19/a19; sn19=a19/s19; I20=imread('19.bmp'); I20=double(I20); mean20=mean(I20); a20=mean(mean20); s20=std2(I20); NUD20=s20/a20; sn20=a20/s20; % 不均匀性 x=[a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a18 a19 a20]; y=[NUD1 NUD2 NUD3 NUD4 NUD5 NUD6 NUD7 NUD8 NUD9 NUD10 NUD11 NUD12 NUD13 NUD14 NUD15 NUD16 NUD17 NUD18 NUD19 NUD20]; plot(x,y,'+'); % 信噪比 a=[a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15 a16 a17 a18 a19 a20]; sn=1./y; sn1=log10(sn); sn2=20*sn1; figure,plot(a,sn2,'+'); www.yanziedu.com www.88doc88.com www.yanziedu.com