[发明专利]一种科学级CCD的非线性度标定方法

说明书

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种科学级CCD的非线性度标定方法，尤其涉及一种基于激光干涉对科学级CCD的线性度指标进行标定的方法。

背景技术

科学级CCD器件是进行激光场光强及其分布测量的重要器件，其作为测量器件的前提是光电响应曲线是线性的，但实际的器件并不严格满足输入光强——输出灰度线性关系，即存在非线性误差，这是引起测量误差的一个重要因素，一般采用非线性度指标表示器件响应偏离线性的程度，需要精确的予以标定确定。非线性度标定的难点在于需要准确的知道输入光强的实际值或相对比值，否则光强输入误差也将引起输出灰度的误差，从而造成非线性度计算的失真，例如通常非线性度标定是通过功率计测量CCD接收的能量大小，然后通过功率——灰度曲线计算非线性度，显然功率计本身存在功率测量误差，势必引起非线性度测量误差。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种随机电子噪声影响小、非线性度测量精度高以及非线性度标定结果准确的科学级CCD的非线性度标定方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种科学级CCD的非线性度标定方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)获取已知光场强度分布的干涉光场并将其入射至科学级CCD；

2)科学级CCD接收来自步骤1)的已知光场强度分布的干涉光场后输出干涉光场所对应的含有干涉条纹的干涉图像；

3)绘制光场强度-灰度分布曲线；

7)由非线性度公式分析计算CCD的非线性。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)获取已知光场强度分布的平行光；

1.2)使平行光产生夹角，所述夹角是在角分量级；

1.3)在平行光交叠区域产生干涉光场。

上述步骤1.2)的具体实现方式是：

将已知光场强度分布的平行光入射至不镀膜玻璃劈板，经不镀膜玻璃劈板的前后表面反射后分别产生两束有夹角平行光。

上述步骤3)的具体实现方式是：

3.1)以网状栅格线分割步骤2)所得到的干涉图样：所述网状栅格线包括水平栅线以及竖直栅线；所述水平栅线垂直干涉条纹方向，所述水平栅线的数量是20～50个；所述竖直栅线沿干涉条纹方向，所述竖直栅线的数量根据CCD的像元数确定；

3.2)以水平栅线之间的间隔为横坐标、以栅格节点处的灰度分布为纵坐标绘制每条水平栅线上的灰度分布；

3.3)以每个竖直栅线上节点灰度平均值为纵坐标，以竖直栅线之间的间隔为横坐标绘制出强度分布曲线；

3.4)干涉图样强度分布理论上应符合I＝I₀[1+γcos(πx)]表达，其中：

I₀＝I₁+I₂，即相互干涉的两束激光强度之和；

表示干涉条纹的反衬度；

x代表横坐标，即取样栅格的间隔。

上述科学级CCD的非线性度标定方法还包括：

4)将步骤3)所得到的光场强度-灰度分布曲线进行归一化处理；

5)根据归一化的光场强度-灰度分布曲线确定科学级CCD非线性度的计算范围；

6)对归一化的光场强度-灰度分布曲线进行线性拟合。

上述步骤4)的具体实现方式是：

4.1)将步骤3.4)所确定曲线以及调整光场强度后所得到的干涉图样的最强灰度点重合；

4.2)以横坐标为取样栅格的间隔的激光强度值归一化到最大灰度、纵坐标为取样栅格的间隔的CCD输出灰度值描绘CCD强度——灰度曲线。

上述步骤5)的具体实现方式是：以CCD输出灰度的最高点至输出灰度接近CCD本底灰度区域的曲线作为非线性度计算范围。

上述步骤6)是以最小二乘法对光场强度-灰度分布曲线进行线性拟合。上述最小二乘法是根据光电响应曲线：该曲线代表了科学级CCD的理想线性输出，作为非线性度计算的参考；

其中：

表示干涉条纹的灰度；

I表示归一化光强；

k表示光电转换系数；

b表示CCD本底灰度。

上述步骤7)的具体实现方式是：根据公式计算非线性度，所述公式是：