一種nmos線(xiàn)陣圖像傳感器系統(tǒng)固定誤差動(dòng)態(tài)標(biāo)定與校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于線(xiàn)陣圖像傳感器系統(tǒng)的誤差校正方法領(lǐng)域，具體設(shè)及一種NM0S線(xiàn)陣 圖像傳感器系統(tǒng)固定誤差動(dòng)態(tài)標(biāo)定與校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器是一種用于光信號(hào)能量測(cè)量的傳感器，具有動(dòng)態(tài)范圍大、信 噪比高、暗電流小、光譜響應(yīng)范圍寬和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，非常適合弱光信號(hào)和精密光譜信號(hào)的 快速測(cè)量，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地面光譜儀器中W及航空航天光譜測(cè)量設(shè)備中。NM0S線(xiàn)陣圖像 傳感器具有較大的像元尺寸，動(dòng)態(tài)范圍大，因此可W對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間積分，能夠提高 探測(cè)的靈敏度。生產(chǎn)NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器的公司，如日本濱松HAMAMATSU,美國(guó)RETIC0N 等。
[0003] 固定誤差表現(xiàn)為輸出數(shù)據(jù)中的一個(gè)固定大小的誤差，不會(huì)隨時(shí)間產(chǎn)生隨機(jī)變化， 會(huì)使輸出信號(hào)信噪比降低，影響傳感器的測(cè)量靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍。在弱光信號(hào)、精密光譜信 號(hào)的測(cè)量應(yīng)用中，要求NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路具有較高的信噪比，因此， 需要降低NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器的系統(tǒng)固定誤差。
[0004] 導(dǎo)致NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路的輸出信號(hào)中存在系統(tǒng)固定誤差的 因素主要有兩個(gè)來(lái)源，一是NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器自身的誤差，如暗電流產(chǎn)生的誤差、像元 復(fù)位產(chǎn)生的誤差、漏電流產(chǎn)生的誤差，該些固定誤差的預(yù)估與校正比較困難。暗電流帶來(lái)的 誤差可W采用制冷的方法來(lái)降低，但是該方法會(huì)大大增加傳感器的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的 成本；同時(shí)需要制冷器件的驅(qū)動(dòng)電路，增加了外圍電路的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性。
[0005] 另一個(gè)NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器的系統(tǒng)固定誤差重要來(lái)源是由NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器 的讀出電路所引入的固定誤差。對(duì)于某一個(gè)確定NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器的外部讀出電路來(lái) 說(shuō)，其輸出信號(hào)中存在的系統(tǒng)固定誤差可W認(rèn)為是在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)固定不變的，而且可W 通過(guò)實(shí)測(cè)得到。但是，受到器件老化、環(huán)境溫度變化等因素長(zhǎng)期累積的影響，該部分由讀出 電路引入的固定誤差也會(huì)隨著環(huán)境溫度、工作時(shí)間產(chǎn)生的漂移等因素而緩慢產(chǎn)生變化，因 此，很難通過(guò)一次性的預(yù)先測(cè)量和標(biāo)定的方法一勞永逸地實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的校正。由于使 用環(huán)境的限制，設(shè)備交付使用后一般不允許再進(jìn)行硬件調(diào)零，即使允許調(diào)零，硬件調(diào)零的間 隔周期和頻率也不易確定，而且，過(guò)于頻繁的硬件調(diào)零也會(huì)降低系統(tǒng)精度，使設(shè)備使用壽命 縮短。
[0006] 然而，現(xiàn)有的誤差校正手段均側(cè)重于針對(duì)各個(gè)誤差源，分別從系統(tǒng)設(shè)計(jì)或圖像傳 感器工作環(huán)境條件上采取措施，W求逐一、單獨(dú)降低它們的誤差輸出水平，進(jìn)而減小該些誤 差在系統(tǒng)整體固定誤差中的疊加或累加。而針對(duì)NM0S線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路 所輸出的系統(tǒng)固定誤差進(jìn)行基于實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果的整體建模，并據(jù)此求解和修正該系統(tǒng)固定 誤差的嘗試，目前則未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有對(duì)NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路的系統(tǒng)固定誤差的校正 手段均側(cè)重于針對(duì)各個(gè)誤差源，分別從系統(tǒng)設(shè)計(jì)或圖像傳感器工作環(huán)境上采取措施，W求 逐一、單獨(dú)降低它們的誤差輸出水平，進(jìn)而減小該些誤差在系統(tǒng)整體固定誤差中的疊加或 累加，而該些傳統(tǒng)誤差修正手段均帶有局限性，效果也并不理想，而硬件調(diào)零的周期和頻率 不易把握，目前尚沒(méi)有針對(duì)NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路所輸出的系統(tǒng)固定誤 差進(jìn)行基于實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果的整體數(shù)學(xué)建模并據(jù)此求解和修正該系統(tǒng)固定誤差的方法的技 術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器系統(tǒng)固定誤差動(dòng)態(tài)標(biāo)定與校正方法。
[000引本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下；
[0009] 一種NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器系統(tǒng)固定誤差動(dòng)態(tài)標(biāo)定與校正方法包括如下步驟：
[0010] 步驟一、對(duì)NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路的系統(tǒng)固定誤差進(jìn)行整體數(shù) 學(xué)建模，具體方法為：
[0011] 根據(jù)系統(tǒng)固定誤差與積分時(shí)間的關(guān)系類(lèi)型，將NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀 出電路的系統(tǒng)固定誤差的數(shù)學(xué)模型表示為：
[0012] E=Ek+TXEd(1)
[0013] 式（1)中，E表示NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器及其外部讀出電路的系統(tǒng)固定誤差的總量， T為積分時(shí)間（單位為秒），Ed表示隨積分時(shí)間變化的固定誤差在1秒的單位時(shí)間內(nèi)的累積 量，向表示不隨積分時(shí)間變化的誤差的總量；即圖像傳感器的m個(gè)像元中，任意一個(gè)像元的 固定誤差可W表示為：
[0014] Ek=ERk+TXE^〇)
[0015] 式（2)中，Ek是第k個(gè)像元的固定誤差總量；EEk是第k個(gè)像元不隨積分時(shí)間變化 的誤差的總量；Epk表示第k個(gè)像元隨積分時(shí)間變化的固定誤差在單位時(shí)間內(nèi)的累積量；
[0016] 步驟二、在無(wú)光照條件下進(jìn)行N(N> 2，N為自然數(shù)）次誤差測(cè)量，獲得N組誤差測(cè) 量值，其具體包括如下子步驟：
[0017] 步驟2. 1 ;在無(wú)光照條件下，使NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器進(jìn)行第一次測(cè)量，積分時(shí)間為 Ti，得到由m個(gè)像元各自在第一次測(cè)量中的輸出信號(hào)值組成的第一組誤差測(cè)量值，
[001 引As1={Eii，E2i，......Eki，......EmJ做
[0019] 其中，Eki表示第k個(gè)像元在第1次誤差測(cè)量中的輸出信號(hào)值；
[0020] 步驟2. 2 ;使用與步驟2. 1相同的方法，在無(wú)光照條件下，使NMOS線(xiàn)陣圖像傳感器 再進(jìn)行N-1次測(cè)量，并且使N-1次測(cè)量中每次測(cè)量的積分時(shí)間按照如下要求進(jìn)行取值：
[0021] Ti<T2< ? ? ? <Ti< ? ? ? <Tn(4)
[002引式（4)中，i(i《N，i取自然數(shù)）為測(cè)量的次數(shù)序號(hào)；Ti為第i次測(cè)量中積分時(shí)間 的取值；Ti為第1次測(cè)量中積分時(shí)間的取值；TW為第N次測(cè)量中積分時(shí)間的取值；
[002引 N-1次測(cè)量后，得到N-1組誤差測(cè)量值A(chǔ)s2，As3，……Asi，……Asn，其中，Ad是由m 個(gè)像元各自在第i次測(cè)量中輸出信號(hào)值Eii，E2i，……Eki，……，Em組成的第i組誤差測(cè)量 值；
[0024] 步驟二中，共獲得N組誤差測(cè)量值A(chǔ)d，A,2,A,3，......A,i，......A曰N;
[0025] 步驟S、利用步驟二所述