基于CMOS工藝的APS圖像傳感器于上世紀九十年代初得到快速發展。CMOS圖像傳感器采用超大規模集成電路的制造工藝,集成度高,克服了 CCD的上述相關問題,與CCD 相比,具有集成度高、功耗低、可靠性高、耐輻照能力強等優點。
隨著CMOS工藝的成熟和技術的不斷發展,APS圖像傳感器正在逐漸克服以往光照靈敏度、信噪比等方面的局限,現階段APS器件在很多性能方面已同CCD旗鼓相當。
APS星敏感器是未來星敏感器的發展趨勢。具有體積小、重量輕、功耗低、精度高的特點,彌補了我國目前主流的CCD星敏感器存在的體積重量大、功耗較高等不足,是未來幾年國內外的發展趨勢。
由于CMOS技術工藝以及有源像元的結構特點,APS圖像傳感器的工作原理、操作和讀取方式、噪聲種類等與CCD有較大區別,其在星敏感器等空間應用方面尚存在較多有待研究的問題,突出表現在其探測靈敏度偏低。
由于APS圖像傳感器的像素內部集成放大電路,降低了填充因子,因此APS固有像素結構特點決定了其存在相比CCD的靈敏度偏低問題。
靈敏度是星敏感器重要指標,表征其視場內能夠探測到最暗星的能力,是保證星敏感器功能、姿態輸出精度和捕獲概率等性能指標的基礎及前提。高靈敏度APS電路是APS星敏感器中的關鍵技術,是實現高精度、高數據更新率的重要保證。
影響APS星敏感器探測靈敏度的因素
(1) 光學系統的影響。探測靈敏度與光學鏡頭透過率,光學系統孔徑,以及星點像光斑能量集中程度有關。由于設計一般要求F‘# = f/D一定,光學系統的孔徑的增大,同時要求焦距增長,這會增加系統的重量,而單獨增加D 會給光學系統設計帶來困難,該項指標受星敏感器總體設計和光學系統設計的限制。而星點像光斑能量集中程度大小受質心算法的限制,一般不能超過0.5。
(2) APS 的參數大小的影響。APS 的量子效率和填充因子越高,APS 的信號電子數越多,靈敏度越高。一般APS 的量子效率Qe 為0.3- 0.7,填充因子Km 為0.3- 0.7,也有器件給出的是量子效率和填充因子的積。此外,APS 噪聲水平對靈敏度的影響較大,通過冷卻APS 器件、采用相關雙采樣技術,和軟件去噪( 比如固定圖像噪聲等) 可以降低噪聲。
(3) 背景輻射對探測靈敏度影響較小,當在信號處理中采用閾值處理時,可以把背景噪聲濾掉。
(4) 信噪比閾值的影響。信噪比閾值取的越大,探測率越高,但探測靈敏度將下降。
(5) 積分時間。積分時間越長,靈敏度越高。然而積分時間過長,會導致系統更新速度的下降,而且會出現圖像的拖尾,降低圖像質心的精度而影響測量精度。
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