Другие журналы
|
Особенности получения ТВ-изображений при ограниченных потоках фотонов
# 06, июнь 2014
DOI: 10.7463/0614.0716587
автор: Казначеев С. А.
УДК 681.772.7; 621.383.724
| Россия, ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ" |
Цель работы - теоретически показать возможность регистрации изображений при ярко выраженном дискретном характере регистрирования фотонов и продемонстрировать возможность регистрации таких изображений телевизионными приёмными устройствами. Методом моделирования изображений и корреляционного сопоставления показан характер снижения информационного содержания субфотонных изображений, для которых каждый элемент (пиксель) идеализированной фоточувствительной матрицы регистрирует единичные фотонные потоки. Проведён расчёт на основе характеристик серийных образцов ПЗС матриц с внутренним электронным умножением (Electron Multiplying CCD, EMCCD), демонстрирующий, что такие ПЗС матрицы в определённых режимах работы могут регистрировать изображения, сформированные единичными фотоэлектронами, зарегистрированными в пикселях такой матрицы за время экспонирования кадра. Расчёт проведён с учётом всех основных и специфических шумовых сигналов присущих данному типу приёмника. Показано, что реализуемое значение отношения сигнал-шум приближается к теоретическому пределу, обусловленному фотонным шумом, при фотонных потоках, соответствующих регистрации субфотонных изображений. На основе выбранного типа EMCCD приёмника разработано и создано ТВ-устройство, позволяющее регистрировать изображения при сверхнизких уровнях освещённости порядка 10-4 люкса. При измерениях использована методика создания регулируемых малых фотонных потоков, основанная на применении в качестве излучателя модели абсолютно чёрного тела. Экспериментально полученные значения отношения сигнал-шум соответствуют теоретически рассчитанным значениям в реализованном режиме работы. Сделаны выводы о перспективности применения ПЗС матриц с внутренним электронным умножением при разработке ТВ-устройств для работы в условиях низкой освещённости 10-4 - 10-2 люкса и для получения субфотонных изображений. Список литературы- Andor Technology Ltd.: офиц. сайт. Режим доступа:www.andor.com (дата обращения 24.06.2014).
- Гудмен Дж. Статистическая оптика: пер. с англ. М .: Мир , 1988. 528 с .
- Janesick James R. Scientific Charge-Coupled Device. Bellingham, WA: SPIE Optical Engineering Press, 2001. 906 p. DOI: 10.1117/3.374903
- Бодров В.Н., Казначеев С.А., Обидин Г.И. Малофотонные телевизионные изображения, их реализация и проблемы // 19-я Межд. научно-техн. конф. «Современное телевидение и радиоэлектроника» (Москва, Россия, 15-16 марта 2011 г.): тр. М.: ФГУП МКБ «Электрон», 2011. С . 94-97.
- Denvir D.J., Conroy E. Electron multiplying CCDs // Proc. SPIE 4877, Opto-Ireland 2002: Optical Metrology, Imaging, and Machine Vision. Session 1. 2003. DOI: 10.1117/12.463677
- Jorden P.R., Downing M., Harris A. Improving the red wavelength sensitivity of CCDs // Proc. SPIE 7742, High Energy, Optical, and Infrared Detectors for Astronomy IV. 2010. DOI:10.1117/12.862435
- Williams, Jr. G.M., Reinheimer A.L., Johnson C.B., Wheeler K.D., Wodecki N.D., Aebi V.W., Costello K.A. Back-illuminated and electron-bombarded CCD low light level imaging system performance // Proc. SPIE 2551, Photoelectronic Detectors, Cameras, and Systems. 1995. DOI:10.1117/12.218632
- Low-Light Technical Note 2. The Use of Multiplication Gain in L3VisionTM Electron Multiplying CCD Sensors. A1A-Low-Light Technical Note 2. Iss. 4. E2V Technologies Ltd., July 2003. Режим доступа:http://www.e2v.com/shared/content/resources/File/documents/imaging-space-and-scientific-sensors/Papers/low_light_technical_note_2.pdf (дата обращения 24.6.2014).
- Zhang W.W., Chen Q., Zhou B.B., He W.J. Signal-to-Noise Ratio Improvement of EMCCD Cameras // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2010. Vol. 4, no. 5. P. 966-970. Режим доступа:http://waset.org/publications/4648/signal-to-noise-ratio-improvement-of-emccd-cameras (дата обращения 24.06.2014).
- CCD97-00. Back Illuminated 2-Phase IMO Series Electron Multiplying CCD Sensor. A1A-CCD97BI_2P_IMO_PEL Version 2. E2V Technologies (UK) Ltd., 2011. Режим доступа:http://www.e2v.com/resources/account/download-datasheet/1487 (дата обращения 24.06.2014).
- Казначеев С.А., Бодров В.Н. Реализация ТВ-камеры на базе фоточувствительной EMCCD-матрицы // XIX Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, НИУ МЭИ, 28 февраля-2 марта 2013 г.): тр. М.: МЭИ, 2013. С. 199.
Публикации с ключевыми словами:
ПЗС-матрица, электронное умножение, фотонный шум, ТВ-приёмник, низкая освещённость, отношение сигнал-шум
Публикации со словами:
ПЗС-матрица, электронное умножение, фотонный шум, ТВ-приёмник, низкая освещённость, отношение сигнал-шум
|
|