Bộ dò CCD và Hiệu chuẩn hình ảnh

Các thiết bị ghép điện tích (CCD) là bộ dò hình ảnh chủ đạo trong thiên văn học, và đầu ra thô của chúng phải được hiệu chuẩn thông qua hiệu chỉnh độ lệch, tối và trường phẳng trước khi sử dụng.

Definition

Hiệu chuẩn hình ảnh CCD là quá trình hiệu chỉnh các khung hình thô của bộ dò đối với các dấu hiệu công cụ, chủ yếu là mức độ lệch, dòng tối và độ nhạy từng pixel, để thu được hình ảnh tỷ lệ với ánh sáng tới.

Scope

Chủ đề này bao gồm hoạt động và hiệu chuẩn của bộ dò CCD. Nó bao gồm cách CCD chuyển đổi ánh sáng thành điện tích, các đặc tính chính như hiệu suất lượng tử, độ lợi, nhiễu đọc và độ tuyến tính, cũng như chuỗi hiệu chuẩn tiêu chuẩn gồm phép trừ độ lệch, hiệu chỉnh dòng tối và làm phẳng trường. Nó cũng đề cập đến các bộ dò liên quan như cảm biến CMOS có chung nguyên tắc hiệu chuẩn.

Core questions

• Làm thế nào một CCD chuyển đổi photon tới thành tín hiệu có thể đo được?
• Độ lợi, nhiễu đọc, hiệu suất lượng tử và độ tuyến tính mô tả điều gì?
• Tại sao cần các khung độ lệch, tối và trường phẳng, và chúng được áp dụng như thế nào?
• Các tạo tác của bộ dò như pixel hỏng và bão hòa ảnh hưởng đến dữ liệu như thế nào?

Key theories

Hiệu chỉnh độ lệch, tối và trường phẳng

Trừ mức độ lệch điện tử và dòng tối tích lũy, sau đó chia cho trường phẳng đã chuẩn hóa sẽ loại bỏ các bù đắp cộng và các biến thể độ nhạy nhân từ các khung hình thô.

Đặc trưng hóa bộ dò CCD

Hiệu suất của một CCD được mô tả bởi hiệu suất lượng tử, độ lợi, nhiễu đọc, dung lượng giếng đầy và độ tuyến tính của nó, cùng nhau thiết lập tín hiệu và dải động có thể đạt được.

Clinical relevance

Bởi vì hầu hết tất cả các hình ảnh quang học và cận hồng ngoại hiện đại đều dựa vào các bộ dò kiểu CCD, việc hiệu chuẩn đúng cách là điều kiện tiên quyết để đo sáng, quang phổ và đo lường thiên văn chính xác trong toàn bộ lĩnh vực thiên văn học quan sát.

History

Được phát minh vào năm 1969 và được điều chỉnh cho thiên văn học vào những năm 1970, CCD đã thay thế các tấm ảnh bằng cách cung cấp hiệu suất lượng tử cao, độ tuyến tính và đầu ra kỹ thuật số, thiết lập khuôn khổ hiệu chuẩn vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.

Seminal works

• howell2006
• janesick2001
• chromey2016

Frequently asked questions

Trường phẳng là gì?

Trường phẳng là hình ảnh của một nguồn sáng được chiếu sáng đồng đều được sử dụng để lập bản đồ độ nhạy tương đối của từng pixel; chia các khung khoa học cho nó sẽ hiệu chỉnh các biến thể trong phản ứng và hiện tượng tối góc quang học.

Tại sao phải trừ khung độ lệch?

CCD thêm một độ lệch điện tử không đổi vào mỗi lần đọc để giữ các giá trị dương; trừ khung độ lệch sẽ loại bỏ độ lệch này để số lượng pixel phản ánh điện tích thực tế đã thu thập.