В телевизионных системах при измерении яркостной температуры в диапазоне 600-900⁰С получаются малоконтрастные изображения, уменьшаются отношения сигнал/шум и возрастают неоднородности приёмников изображений.

В реальных твердотельных матричных видеокамерах на разных фоточувствительных участках выходной сигнал может изменяться, так как колеблются толщина электродов МОП-накопителя, концентрация примесей в фотодиодных ячейках, размеры фоточувствительных элементов. Если полностью перекрыть поток оптической информации на фоточувствительный слой, на выходе останется некоторый темновой сигнал , характеризуемый параметрами:

1. Напряжение темнового сигнала U_т

2. Неравномерность напряжения темнового сигнала D U_т

Рис 1. Темновой сигнал образуется шумами ФПЗС: 1. Флуктуационными

2. Детерминированными

Флуктуационные шумы - это шум переноса (существенной роли не играет) и шум выходного устройства, который пропорционален корню квадратному из емкости узла считывания и принципиально неустраним . Путь к снижению шума выходного устройства лежит в оптимальном конструировании выходных устройств. Эти шумы и пороговые параметры возможно только измерять для каждого элемента ФПЗС.

Детерминированные шумы - это помехи от тактового питания и геометрические шумы (рис. 1), возникающие из-за неоднородности распределения темнового тока. Тепловая генерация, вызывающая темновой ток, связана с поверхностными и объемными генерационно- рекомбинационными центрами. Причина появления этих центров - это осаждение (преципитация) металлов в местах нарушения кристаллической решетки. "Темновой" кадр (изображение, зафиксированное при полностью затемненной ФПЗС) показывает, что темновой ток неравномерен и локальные всплески на 80% совпадают с расположением преципитатов металлов. Темновые параметры характеризуют технологический уровень ФПЗС и текущую температуру.

При переходе от темнового режима к низким уровням освещенности геометрическая неоднородность сигнала возрастает, так как под действием света включаются новые центры генерации-рекомбинации и начинают активнее проявляться имевшиеся. К геометрической неоднородности относится и локальная люминесценция.

Для уменьшения темнового тока и геометрического шума необходимо совершенствовать технологические параметры, охлаждать ФПЗС.

Измерить и учесть темновой ток, уравнять чувствительность всех ячеек ФПЗС возможно программными средствами.

Для определения аддитивной составляющей геометрического шума фиксируют кадр при отсутствии излучения. Получая более 100 "темновых" кадров (для статистики) при закрытом объективе, запоминается усреднённое по всем кадрам значение каждой ячейки изображения. Для устранения аддитивной составляющей достаточно вычесть из исследуемого изображения усреднённый "темновой" кадр, который зависит от усиления ТВ камеры .

Получение первых "серых" кадров (когда все ячейки среагировали на минимальное для этого излучение) и вторых "серых" кадров (когда одна или несколько ячеек достигли максимального значения) позволяет определить границы динамического диапазона каждой ячейки, что необходимо для расчета нормировочных коэффициентов компенсации мультипликативной составляющей. При их получении важно, чтобы поверхность фотоприёмника была освещена равномерно. Критерий однородности освещённости: D E=E(0) - E(r) £ E(0)/n , где r-расстояние от центра до края фотоприёмника, Е(0) - освещённость в его центре, E(r)-освещённость на расстоянии r, n-максимальное число градаций АЦП видеобластера.

Набрав статистику, получают усреднённые первые и вторые "серые" кадры. Из второго "серого" кадра вычитается первый и находится максимальный элемент (соответствует ячейке с максимальным динамическим диапазоном) . Если присутствуют ячейки с нулевой чувствительностью, то их следует исключить. Коэффициенты получаются делением максимального элемента на значения элементов второго "серого" кадра и принимают значения больше либо равные единице. Непосредственно перед проведением экспериментов фиксируют "темновой" и "серые" кадры при постоянной температуре. После эксперимента из исследуемого кадра вычитается "темновой" кадр и каждый элемент изображения домножается на свой нормировочный коэффициент.

Данный подход называется нормировкой по элементу с максимальным динамическим диапазоном и позволяет уравновесить чувствительность всех ячеек фотоприёмника, причём все они будут иметь максимальный динамический диапазон.

Алгоритм нормировки реализуется на ЭВМ и применяется непосредственно перед фиксированием исследуемых кадров.

Литература

1. Заказнов Н.П. Прикладная оптика - М: Машиностроение, 1988. - 312 с.

2. Казанцев Г.Д.Курячий М.И. Измерительное телевидение М.: Высшая школа, 1994 - 288 с.

3. Пресс Ф.Н. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. – М.: Мир, 1976 - 511 с.