НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-4-628-634
УДК 535.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КАМЕР НА КМОП-МАТРИЦАХ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования: Старченко А.Н., Филиппов В.Г., Югай Ю.А. Исследование температурной зависимости чувствительности телевизионных камер на КМОП-матрицах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 4. С. 628–634. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-4-628-634
Аннотация
Предмет исследования.Исследованы характер и закономерности изменения чувствительности цифровых видеокамер на основе кремниевых КМОП-матриц в видимой и ближней инфракрасной областях спектра при изменении температуры окружающей среды. Актуальность исследования объясняется возрастающими потребностями применения подобных видеокамер для решения фотометрических задач в натурных и цеховых условиях. Метод. С учетом области применения видеокамер температурные изменения фиксировались в спектральном диапазоне 400–1100 нм, а также с применением фильтров в трех спектральных интервалах, значимых для их практического применения. Эксперименты проводились с использованием климатической камерыMC-811R, обеспечивающей изменение и поддержание температуры в диапазоне от –40оС до +50 оС с шагом 10 оС. Для исследований выбраны две камеры VAC-135-IP с матрицей фирмы OmniVision OV9121 и VAC-248-IP с матрицей фирмы OnSemiconductor VITA2000. Для идентичности измерений исследуемые приборы располагались в климатической камере одновременно и одновременно освещались галогенной лампой с цветовой температурой около 3000 К. Основные результаты. Показано, что зависимость выходного сигнала видеокамер от температуры в целом линейна. Температурные коэффициенты чувствительности возрастают при увеличении длины волны падающего излучения. Особый вид имеет зависимость сигнала камеры VAC-248-IP в ближнем инфракрасном участке спектра, она аппроксимируется полиномом второй степени. Проведенные эксперименты показали необходимость учета температурных изменений чувствительности камер на кремниевых матрицах в красной и ближней инфракрасной областях спектра. Негативным образом эффект проявляется в камерах с амплитудным разрешением 10–12 бит, применяемых для авиационной и космической спектрозональной съемки. Пренебрежение температурным изменением чувствительности в этом диапазоне может приводить к ошибкам до 20–40%. Практическая значимость. Полученные в работе значения коэффициентов температурной чувствительности позволяют расчетным образом корректировать полученные сигналы и получать более достоверную информацию о фотометрических свойствах сцен и объектов.
Список литературы
1. Gorbachev A.A., Korotaev V.V., Yaryshev S.N. Solid-State Matrix Photoconverters and Cameras Based on Them. St. Petersburg, NRU ITMO Publ., 2013, 98 p. (In Russian)
2. Vakhromeeva O.S., Mantsvetov A.A., Shimanskaya K.A. Sensitivity characteristics of charge coupled device cameras. Izvestiya Vuzov. Radioelektronika, 2004, no. 4, pp. 25–35. (In Russian)
3. Gurevich M.M. Photometry: Theory, Methods and Instruments. 2nd ed. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1983, 272 p. (In Russian)
4. Pavlov N.I., Prilipko A.Ya., Starchenko A.N. Method and apparatus for obtaining maps of the brightness coefficients of objects. Journal of Optical Technology, 2001, vol. 68, no. 6, pp. 68–72. (In Russian)
5. Zotov A.A., Pavlov N.I., Sakyan A.S., Sidorovskii N.V., Starchenko A.N., Filippov V.G. Investigation of the characteristics of spectrozonal television photometric apparatus in the passive regime. Journal of Optical Technology, 2006, vol. 73, no. 2, pp. 111–116.
6. Starchenko A.N., Filippov V.G., Yugai Yu.A. Study of the temperature dependence of the sensitivity of a television camera based on a silicon array. Journal of Optical Technology, 2013, vol. 80, no.10, pp. 632–634. doi: 10.1364/JOT.80.000632
7. Mantsvetov A.A., Tsytsulin A.K. Cameras on CMOS photodetectors. Voprosy Radioelektroniki. Seriya: Tekhnika Televideniya, 2006, no. 2, pp. 70–89. (In Russian)
8. Sheverdin A. Technological innovations of OmniVision CMOS cameras - the best choice for large-scale applications. Components & Technologie, 2008, no. 78, pp. 46–49. (In Russian)
9. Sheverdin A. Technological innovations of OmniVision CMOS cameras - the best choice for large-scale applications. Components & Technologie, 2008, no. 80, pp. 56–59. (In Russian)
10. Optical and Infared Detectors. Eds. R.J. Keyes. Springer, 1977.
11. Handbook of Infrared Technology. Eds. W.L. Wolfe, G.J. Zissis. ERIM, 1993.
12. Measurement of the Parameters of Optical Radiation Receivers. Eds. L.N. Kurbatov, N.V. Vasil'chenko. Moscow, Radio i Svyaz' Publ., 1983.
13. Rogalski A. Infrared Detectors. 2nd ed. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011, 876 p.
14. Ignat'ev V.G., Vorkacheva N.A. Research results of some metrological characteristics of silicon and germanium photodiodes. Impul'snaya Fotometriya, 1984, no. 8, pp. 82. (In Russian)
15. Kuvaldin E.V., Borisov V.A. Main characteristics and test methods for measuring photodiodes. Impul'snaya Fotometriya, 1984, no. 8, p. 71. (In Russian)
16. Vugman S.M., Vdovin N.S. Thermal Radiation Sources for Metrology. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1988, 80 p. (In Russian)
17. Il'in A.A., Ovchinnikov A.M., Ovchinnikov M.Yu. Principle of Operation and Structure of Active-Pixel Sensors. M.V. Keldysh IAM Preprints, 2003, 25 p. (In Russian)
