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  kyige475336 2009-03-12 00:00:00

  碰到我算是問(wèn)對(duì)人了。CCD的噪聲主要有光子散粒噪聲、暗電流噪聲、讀出噪聲（包括放大器復(fù)位噪聲、輸出放大器噪聲）、時(shí)鐘感應(yīng)噪聲等。一些種類的CCD有其特有噪聲，但大體上以上幾種是普遍的。 可完全是我自己打的，不是復(fù)制的哦。

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  尋水的魚sx 2017-09-23 11:03:35

  　　CCD的噪聲主要來(lái)自兩個(gè)方面，一個(gè)是CCD器件本身所固有的噪聲，如暗電流噪聲、電荷轉(zhuǎn)移噪聲、信號(hào)起伏噪聲、復(fù)位噪聲、水平時(shí)鐘串?dāng)_等，再一個(gè)就是CCD工作過(guò)程中的各種噪聲干擾，即隨機(jī)噪聲。如KTC噪聲和1/f噪聲。 　　CCD中噪聲的主要類別 　　1 散粒噪聲 　　光注入CCD光敏區(qū)產(chǎn)生信號(hào)電荷的過(guò)程可看作獨(dú)立、均勻、連續(xù)發(fā)生的隨機(jī)過(guò)程。單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)電荷數(shù)目并非不變，而是在一個(gè)平均值上作微小的波動(dòng)。這一微小的起伏便形成散粒噪聲。散粒噪聲一個(gè)重要的特性是與頻率無(wú)關(guān)，在很寬的頻率范圍內(nèi)都有均勻的功率分辨，通常又稱為白噪聲。散粒噪聲功率等于信號(hào)幅度，故散粒噪聲不會(huì)限制CCD器件的動(dòng)態(tài)范圍，但是它決定了CCD的噪聲極限值，特別是當(dāng)CCD在低光照、低反差下應(yīng)用時(shí)，由于采取了一切可能的措施降低各種噪聲，光子散粒噪聲便成為主要的噪聲源。目前高質(zhì)量的CCD攝像器件在冷卻條件下工作，其噪聲等值電子數(shù)只有10個(gè)左右，如果光生信號(hào)電子為l個(gè)，那就是說(shuō)暗電流等帶來(lái)的熱噪聲和電子元件本身的噪聲已經(jīng)降到散粒噪聲水平。 　　2 暗電流噪聲 　　源于構(gòu)成CCD傳感器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料硅的內(nèi)部由于發(fā)熱導(dǎo)致的電荷數(shù)量統(tǒng)計(jì)波動(dòng)，盡管發(fā)熱生成的電荷獨(dú)立于光感應(yīng)信號(hào)，但這種信號(hào)與CCD傳感器的溫度卻高度相關(guān)。在給定的CCD傳感器溫度條件下，熱電荷的生成速率通常被稱之為暗電流。CCD暗電流產(chǎn)生的噪聲可以分為兩部分，其一是由耗盡層熱激發(fā)產(chǎn)生，這是一種隨機(jī)過(guò)程，可用泊松分布描述；其二是暗電流產(chǎn)生的復(fù)合(產(chǎn)生ZX非均勻分布)，特別是在某些單元位置上缺陷密集，而形成暗電流尖峰。由于器件工作時(shí)各個(gè)信號(hào)電荷包的積分地點(diǎn)不同，讀出路徑也不同，這些暗電流尖峰對(duì)各個(gè)電荷包貢獻(xiàn)的電荷量不等，于是造成很大的背景起伏，這就是常見(jiàn)的CCD噪聲的起因。如在天文觀察應(yīng)用中，CCD器件工作在低照度、長(zhǎng)時(shí)間積分狀態(tài)，這時(shí)暗電流噪聲便是起限制作用的因素。因此，器件必須工作在致冷狀態(tài)，如果從室溫冷卻至液氮溫度，硅中暗電流可以減小三個(gè)數(shù)量級(jí)，此時(shí)暗電流引起的噪聲將不是重要的限制因素了。 　　所有的CCD傳感器都會(huì)受到暗電流的影響，它的存在限制了器件的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。由于熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的暗電流噪聲的大小與溫度的關(guān)系極為密切，溫度每增加5℃～6℃，暗電流將增加到原來(lái)的兩倍。它還與電荷包在勢(shì)阱中存儲(chǔ)時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)，存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng)，暗電流噪聲越大。在弱信號(hào)條件下，CCD采用長(zhǎng)時(shí)間積分的方法進(jìn)行觀測(cè)，暗電流將是主要的影響因素。 　　另外，在CCD陣列中，局部晶格缺陷或雜質(zhì)的存在還可造成暗電流尖峰。隨著摻雜濃度增大，離表面距離越近，電場(chǎng)強(qiáng)度就越大。在Z接近表面處，電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到Z大，暗電流峰值就越容易出現(xiàn)。暗電流峰值會(huì)給圖像背景造成很大漲落。 　　3 轉(zhuǎn)移噪聲 　　CCD轉(zhuǎn)移噪聲產(chǎn)生的原因有：轉(zhuǎn)移損失引起的噪聲，界面態(tài)俘獲引起的噪聲和體態(tài)俘獲引起的噪聲。采用浮置柵放大器能夠得到更低的噪聲值，因?yàn)樗軌虮苊鈴?fù)位噪聲，而且檢測(cè)端總電容很小，KTC噪聲小。不過(guò)，在CCD中應(yīng)用浮置柵放大器受到限制。輸出結(jié)構(gòu)采用分布浮置柵放大器，噪聲Z小。它的主要噪聲是輸入MOSFET噪聲，而浮置柵放大器本身引入的噪聲是很低的。 　　CCD器件的固定模式噪聲可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理消除，所以我們更多的是評(píng)估CCD相機(jī)的隨機(jī)噪聲。 　　4 光子噪聲 　　光子發(fā)射是隨機(jī)的，因此，勢(shì)阱收集光信號(hào)電荷也是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，這就構(gòu)成了一種噪聲源，它是由光子的性質(zhì)決定的。這種噪聲在低照度攝像時(shí)會(huì)較嚴(yán)重。 　　5 肥零噪聲 　　肥零，即采用肥零電荷填充勢(shì)阱位置，使信號(hào)電荷可以通過(guò)雜亂無(wú)章的區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)移，分為光學(xué)肥零和電子肥零。其產(chǎn)生的噪聲分為光學(xué)肥零噪聲和電子肥零噪聲，光學(xué)肥零噪聲由所使用的CCD的偏置光的大小決定，電子肥零噪聲由電子注入肥零機(jī)構(gòu)決定。 　　6 輸出噪聲 　　CCD信號(hào)的輸出是通過(guò)浮置電容將CCD的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電壓，并多采用浮置擴(kuò)散型電容輸出，其原理如圖1所示。T1是復(fù)位開關(guān)，其漏極接至復(fù)位電平；T2是浮置擴(kuò)散放大器，實(shí)際上是一個(gè)電壓跟隨器；D是電荷包收集二極管，工作于反偏電壓狀態(tài)下；CS是浮置擴(kuò)散電容，用來(lái)存儲(chǔ)電荷。 　　目前，測(cè)量CCD系統(tǒng)的噪聲性能一般采用遮光測(cè)量法和三維噪聲測(cè)量法。遮光測(cè)量法不能進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量，也不能反映CCD相機(jī)在實(shí)際使用環(huán)境下的噪聲。三維噪聲測(cè)量法不能在成像時(shí)測(cè)量成像系統(tǒng)的噪聲，入射光的非均勻性是該方法產(chǎn)生誤差的主要原因，因此這種方法對(duì)測(cè)量環(huán)境有嚴(yán)格的要求。

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