[发明专利]一种经过线性修正的EMCCD倍增增益测量方法

说明书

本发明公开了一种经过线性修正的EMCCD倍增增益测量方法，包括：a)给待测EMCCD相机、积分球上电，使相机工作状态稳定；b)关闭倍增增益，采集不同曝光时间下相机的多组明场、暗场图像；c)获取EMCCD相机在指定曝光时间与增益电压下的明场、暗场均值图像，并计算明、暗场均值图像之差；d)对明场、暗场均值图像之差进行线性修正后，得到施加增益修正后的明场、暗场均值图像之差；e)曝光时间不变，关闭增益，同样的方法得到不施加增益修正后的明场、暗场均值图像之差；f)施加增益经过修正后的明、暗场均值图像之差与不施加增益修正后的明、暗场均值图像之差的比值即为当前增益电压对应的真实增益倍数。该方法能够消除EMCCD光响应非均匀性的影响，更加精确地计算增益。

技术领域

本发明涉及EMCCD成像的技术领域，尤其涉及一种经过线性修正的EMCCD倍增增益测量方法。

背景技术

EMCCD，又称电子倍增CCD。相对于传统的CCD，EMCCD在读出寄存器后增加了倍增寄存器，能够将微弱的电信号进行指数级放大后再传入后端电路处理进行成像。这一过程极大地提高了EMCCD的灵敏度，使其成为微光成像领域内具有极高灵敏度的高端探测器，并广泛应用于天文、生物、医学等领域。EMCCD芯片采用的多抽头输出结构能够提高探测器的最高输出帧频。但这种成像结构也会导致图像通道之间因真实倍增增益的不同而引入非均匀性。EMCCD的非均匀性除去常规CCD普遍存在的线性非均匀性外，还存在很大一部分因各通道之间倍增增益不一致引入的非均匀性。倍增增益引入的非均匀性往往随倍增增益的增大而增大，甚至在极微弱光成像条件下由倍增增益引入的非均匀性会成为EMCCD成像非均匀性的主要成分。要解决EMCCD成像的非均匀性问题，首先需要准确测得其各个通道的真实倍增增益。

区别于常规的EMCCD倍增增益测量方法，本方法首先利用线性拟合的方法确定了EMCCD输出图像中每个像素对应的线性响应非均匀性，然后根据推导的成像模型，将常规CCD中存在的线性非均匀性从倍增增益计算公式中去掉后，再进行真实倍增增益的计算。

发明内容

本发明的目的是通过去除EMCCD成像模型中的线性非均匀性分量，提出一种更加准确的EMCCD真实倍增增益测量方法。

本发明的技术方案如下：一种经过线性修正的EMCCD倍增增益测量方法，具体步骤如下：

步骤(1)、将待测EMCCD相机安装于暗室环境中，给EMCCD相机上电、打开制冷设备，等待约20min后，达到预定制冷温度，即可进行后续工作；打开积分球，设置工作电流使积分球辐出照度稳定的面光源；

步骤(2)、关闭倍增增益功能，使EMCCD工作于普通CCD的状态。关闭暗室，打开积分球的光阑，使相机处于明场环境中，确定其处于线性响应区间的最大曝光时间t_max；相机能够设置的最小曝光时间为t_min；

步骤(3)、将曝光时间区间[t_min,t_max]平均分为m个曝光时间点(m≥10)，在每个曝光时间点获取待测相机的明场、暗场图像各n幅(n≥100)；计算出每个曝光时间点的明场均值图像与暗场均值图像之差imagediff_noGain，共m幅；

步骤(4)、以区间[t_min,t_max]中的m个曝光时间点作X，以image_diff(i,j)作Y，进行一次线性拟合，可得当前像素的光响应线性系数k(i,j)、b(i,j)，其中(i,j)代表当前像素在图像中的位置坐标；EMCCD输出图像中的每个像素点都能够计算出一对k(i,j)与b(i,j)，对所有像素点求均值后可得EMCCD输出的全幅图像的光响应线性系数k_ave、b_ave；