CCD组件参数综合测试系统应用研究

CCD组件参数综合测试系统应用研究 第25卷第6期 2010年12月 光电技术应用 ELECTR0一OfrICTEC}OL0GYAPPLICrION V01.25.No.6 December.2010 ? 光电系统与设计? CCD组件参数综合测试系统应用研究 赵亮,刘海欧 (东北电子技术研究所,辽宁锦州121000) 摘要:CCD组件参数综合测试系统配备了PCI高速数字图像采集卡获取测试数据,显示测试 图像.分析了各参数的综 合测试方法与原理,优化的结构设计保证了一台仪器就能够对帧频,饱和输出幅值,均方根噪 声等多种性能参量测试.利用统 计学的方法对多次测试结果进行了误差分析.试验表明,测试系统具有测试过程自动快速及 测试数据准确稳定的优点. 关键词:CCD组件;测试;参数 中图分类号:-rN206文献标识码:A文章编号:1673—1255(2010)06—0005—03 ApplicationandResearchontheCCDComponentsParameterTestingSystem ZHAOLiang,LIUHai—OU (NortheastResearchInstituteofElectronicsTechnology,Jinzhou121000,China) Abstract:TheCCDcomponentparametermeasurementsystemisimplementedwiththePICtoobtainhigh- speeddigitalimagedataacquisitioncardandtoshowtestimages.Allparameterscomprehensivetesting methods andprincipleswereanalyzed,theoptimizedstructuredesignensuresthatadevicewouldtesttheframerate,the valueoftheamplitudeofsaturatedoutput,meansquarerootnoiseandotherperformanceparameters.The error analysishasbeenmadeonthemultipletestresultsbyusingastatisticalmethod.Testsshowthatthetestsyst em hasthefollowingadvantages:thetestprocessisquickautomaticandthetesteddataisaccurateandstable. Keywords:CCDcomponents;testing;parameter CCD组件是光电转换,电荷储存,电荷转移和 自动扫描等功能于一体的光电器件.CCD组件的综 合参数能够全面定量的表征在探测图像时的综合性 能.CCD组件参数综合测试系统采用高速数字图像 采集卡,均匀稳定的光源系统,高精度定位及计算机 分析控制系统等先进技术来实现对帧频,饱和输出 幅值,均方根噪声等多种性能参量测试. 1CCD测试系统组成及功能 CCD组件综合测试系统为测试平台和系统主机 两大部分.其中测试平台由光源系统,支撑工装,电源 模块,控制及转换模块4部分组成.如图1所示. CCD组件测试仪与随机配套的PCI高速数字 收稿日期:2010—10—15 作者简介:赵亮,男,辽宁人,学士,主要研究方向为光电工程 图1系统组成 图像采集卡及相应的软件可以组成应用系统.测试 仪与图像采集卡通过一根50芯SCSI型专用电缆相 连,系统主机通过安装于其中的图像采集卡(LVDS — PCI)获取测试数据,显示测试图像,计算分析;实 6光电技术应用第25卷 现对光纤耦合CCD组件的自动测试工作.测试仪还每秒内输出图像的帧数 单独输出1vrL电平的帧频信号,供示波器测试? 2.2饱和输出幅值 1.1系统主机 系统主机通过安装于其中的数据传输卡 (LVDS—PCI)与测试平台进行数据交换,以控制测 试平台工作,显示测试图像,获取测试数据,计算分 析;实现对CCD组件的自动测试工作. 饱和输出幅值是数字摄像机的靶面照度达到饱 和的情况下,输出的信号平均值与无光照条件下输出 的信号平均值之差.在无光照条件下,测量输出信号 平均值V1;在靶面照度达到饱和的情况下,测量输出 信号平均值.则饱和输出幅值V=一V1. 1.2光源系统2.3均方根噪声 光源系统的均匀性和稳定度对直接关系到整个 测试的准确性.采用4个小积分球加主积分球为整 个测试系统提供均匀面光源[.主积分球口径50 cm,均匀度达到99%.4个小积分球的出射孔实现 可变光栏[31. 1.3支撑工装 安装待测的CCD组件;保证被测组件与光源的 相对位置确定. 1.4电源模块 将220V交流电变为多路直流电源,供给测试 平台其他部件使用;控制各电路电源的开关;监测各 路电源. 1.5控制及转换模块 与系统主机的信息交换,将测试平台的各项工作 状态发送给系统主机,同时接受主机命令,改变测试 平台的工作状态,配合测试软件,实现自动化测量. 2测试内容 “CCD组件参数综合测试系统”用于实现对 CCD参数,记录,分析及评测.主要测试项目为: 帧频,饱和输出幅度,均方根噪声,固定图像噪声,输 出信号位数,最低照度,坏像元数,功耗.由于系统采 用积分球作为测试光源,其测试原理与以往有较大 区别. 2.1帧频 帧频为单位时间内输出图像的帧数.通过控制 及转换接口,将被测组件的帧频信号转换成 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 1vrL电平,并从电测信号接口输出.使用软件计算 在无光照条件下,采集100帧图像.按式(1)计 算此时器件每一像元的噪声电压为 .= ??((厂)一Vo(1) 式中,为i像元F帧的平均输出信号;F为采集 的图像帧数,为100帧;Vo(f)为i像元第厂帧的 输出信号. 按式(2)计算组件的均方根噪声值. ‰=?(2) 式中,VNRMS为组件的均方根噪声值;M为光敏面 像元数目(为256×256). 2.4固定图像噪声 固定图像噪声是在无光条件下,摄像机的背景 分布非均匀性. 固定图像噪声(DN)= /??(V(x数据位均为有 效时,停止减小光强.在此过程中连续地采集图像并 进行判断.判断依据为:在此过程中,该数据位不为 第6期赵亮等:Ct2D组件参数综合测试系统应用研究7 常数(长高或长低),且与其他数据位不始终相同.若 为常数,则该位缺失;若与另一数据位始终相同,则 该位与另一数据位短路. 2.6靶面最低照度 靶面最低照度为到达CCD靶面的某种强度的 光,引起的信号变化与均方根噪声相等;则认为此即 为CCD的靶面最低照度.在无光照条件下,测试整 个CCD的平均输出为V1,输入额定强度的均匀光 E(Lz),使摄像机输出平均值达到约1/2满度,测 试整个CCD的平均输出为2,靶面最低照度E为 ×VNRMS(3) 2.7坏像元数 在保证每个像元接受光强一致的前提下,若某 像元的输出信号与平均输出信号的差异>20%,则 该像元为坏像元. 1I>20%(4) 坏像元数是指一帧完整图像中坏像元的个数. 在无光照条件下,测试整个CCD的输出为输 人额定强度的均匀光,使摄像机输出平均值达到约 1/2满度,测试整个CCD的输出为V2. = V2—Vj(5) = 1厶MV i(6) 然后对该图像的每个像元按坏像元的定义公式 (4)进行计算,得出坏像元的位置和总坏像元数;并 进行图像处理,使坏像元出现于最终的测试 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 上. 2.8功耗 功耗(mW)=1211+5I2,采用0.1Q精密电阻, 测量该路电源经过0.1Q精密电阻的压降,得出 和J,;即可测试出功耗. 3测试结果分析 利用研制的测试系统对光锥型CCD组件的参 数进行测试,在规定的检定环境条件下,连续测量N 次,按式(7)计算测试项测量重复性误差. 二?OLs—————亏————一L/ 式中,一:1L1L,表示在测量时间范围内,测量值式中,L,表示在测量时间范围内,测量值 的算术平均值;L在测量时间范围内第i次测量 值;』\,为测量次数,取N=10.用该系统对帧频测试 等8项内容分别进行了10次测试,根据式(6)计算 得到重复性误差如表1所示. 表1测量重复性误差 4结束语 CCD组件测试系统是对CCD组件进行光电参 数采集,记录,分析及评测的专用系统工具.CCD组 件的综合参数测试是非常重要的,它将直接决定着 CCD组件的实际应用情况.原来需要多种工种,多 个环节,多台仪器的检验内容,采用该测试系统测试 后将一次性自动完成;对连续测试结果的误差分析 表明,重复性不大于3%.测试数据不仅稳定,可靠, 而且简化了测量过程,并避免了CCD组件在检验及 转运过程的损伤风险性. 参考文献 [1]颜伟彬.COD信号数据采集及处理[D].武汉:华中科 技大学,2004. [2]阮林波,郭明安,李斌康,等.高帧频CCD光纤传输系 统的设计与实现[J].电视技术,2004,(4). [3]张勇,唐本奇,肖志刚,等.线阵CCD总剂量辐照效应 离线测量系统设计[J].核电子学与探测技术,2004, (5). [4]公发全.CCD光学调制传递函数及检测方法研究[D]. 长春:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理 研究所),2002. [5]赵凯生,刘爽,龙再川,等.基于ARM的线阵C/3I)测量 系统应用分析[J].光电技术应用,2006(1).