像增强器的光生背景噪声对微光目标质心探测精度的影响及其抑制方法VIP专享VIP免费

第14卷第4期强激光与粒子束Vol.14,No.42002年7月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJul.,2002文章编号:100124322(2002)0420557206像增强器的光生背景噪声对微光目标质心探测精度的影响及其抑制方法①沈锋,张学军,姜文汉(中国科学院光电技术研究所,成都双流610209)摘要:像增强器作为微光探测器件,在天文目标观测、空间目标捕获、跟踪和瞄准以及生物荧光光谱探测等方面发挥越来越大的作用。重点讨论了在微弱亮度的空间点目标探测应用中,像增强器的光生背景噪声对目标质心探测的影响。实验和分析表明,像增强器的光生背景噪声是由目标信号寄生而来的,并且呈现散粒噪声特性,无法采取屏蔽环境背景杂光、阈值去背景等方法来消除光生背景噪声,对目标信号质心探测的影响很大。提出一种减小这种影响的质心计算方法,实验证明是有效的。关键词:像增强器;光生背景噪声;质心探测中图分类号:TN247文献标识码:AFig.1Signalmultiplicationprocessofimageintensifier图1像增强器的信号倍增过程像增强型CCD(ICCD)作为一个微光信号探测器,在天文目标观测,空间目标的捕获、跟踪和瞄准以及夜视应用领域等方面有广泛的应用[1,2]。由于它的物理特性和制造缺陷,像增强器既是一个微光信号转换和倍增器件,同时也是一个噪声源。像增强器的噪声有许多,光阴极的暗电流、MCP的热噪声、增益起伏噪声、荧光屏的散粒噪声等[3]。图1是像增强器的信号倍增过程的原理图。在实际应用中,我们还发现像增强器存在严重的光生污染,即当入射有光信号、并且像增强器的增益很高时,在没有光信号的区域,也存在着信号输出,并且信号呈现散粒特征。由于光生背景噪声是由目标信号寄生而来的,又呈现散粒噪声特性,无法采取屏蔽环境背景杂光、阈值去背景等方法来消除光生背景噪声[4]。产生这种光生背景噪声信号的原因有:(1)像增强器的输入输出窗口、光阴极面、微通道板的端面(有限的开口比)或者像管内其他的表面反射,将光电子信号反射回光阴极面,而产生噪声信号;(2)高能电子轰击内部表面而产生的离子流;(3)阳极、荧光屏或者其他结构上可能散射的光电子信号,这些散射的光电子在输出面上表现为噪声信号;(4)像管内其他缺陷造成的光学反馈信号也是光生背景噪声信号的原因之一。1像增强器光生背景噪声(signalinducedbackground,SIB)的测量及数据分析我们对一个ICCD探测器,通过采集不同条件下的图像,分析ICCD探测器的光生背景噪声,以及它对点目标质心探测的影响。采用的像增强器是日本滨松公司的像增强器C2166型,CCD探测器为加拿大Dalsa公司的CA2D10128T高帧频CCD(帧频为419frame�s),并采用了12位的实时图像采集卡,像增强器和CCD的耦合采用强力耦合物镜。1.1测量方法根据光生背景噪声的定义,采取这样的测量方法:在ICCD前设置一个可变光栏,调节可变光栏大小,使得均匀光斑完整地照射到像增强器的阴极靶面上,然后在紧贴阴极靶面的地方将光斑挡掉一半,采用透反比为8∶2的分光镜进行分光,一部分进入PMT进行光子计数,另一部分进入ICCD进行实验,调节像增强器的高压,采集图像数据进行分析。①收稿日期:2001211229;修订日期:2002201228基金项目:国家863信息获取与处理技术领域资助课题作者简介:沈锋(19692),男,硕士,从事自适应光学技术以及微光波前探测技术的研究;成都双流350信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1.2数据分析如图2(a),可以很明显地看出,当有光信号入射时,在ICCD上没有光的区域内存在散粒信号。这时无光照和有光照区域内相同面积的信号总和分别为Sb和Sp。为了说明这是一种光生背景噪声,我们紧接着在同样的条件下,在可变光栏前用一遮挡物将光挡住,针对室内的背景杂光以及像增强器阴极暗电流噪声进行了数据采集,如图2(b)。这时在探测器的同样面积内分别记录暗背景读数的总和,分别为Stb和Stp。从图2(a)和(b)的对比,可以清楚地看出光生背景噪声的存在。定义光生背景噪声(SIB)系数Z为Z=(Sb-Stb)�(Sp-Stp)图2(c)为连续500帧的光生背景噪声系数Z值。我们在不同的像增强器的输入高压情况下,测量了像增强器的光生背景噪声系数和高压读数的关系,如图3所示。光生背景噪声系数随着像增强器高压读数基本呈线性增长趋势...