圖 1：光場(chǎng)中背景扣除之前和之后

介紹

InGaAs 傳感器能夠檢測(cè)900-1700 nm短波紅外 (SWIR) 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，為科學(xué)成像提供了硅傳感器無法達(dá)到的一些令人難以置信的機(jī)會(huì)。然而，與硅傳感器相比，InGaAs 傳感器本質(zhì)上更容易出現(xiàn)嚴(yán)重的傳感器圖案和像素缺陷。這些缺陷出現(xiàn)在每個(gè)InGaAs 傳感器上。

以透明且嚴(yán)格的方式克服最終圖像中的這些圖案和缺陷是科學(xué) InGaAs 相機(jī)的關(guān)鍵要求。在本文檔中，我們將探討 InGaAs 傳感器表現(xiàn)出的一些常見成像偽影，以及NIRvana 系列相機(jī)如何處理這些偽影以提供卓越的圖像質(zhì)量。

InGaAs工藝

列和行模式

固定圖案噪聲是背景不均勻性的一種形式，其中結(jié)構(gòu)化圖案在相機(jī)的“偏差”圖像中可見。

通常，這種模式噪聲將以列變化的形式表現(xiàn)出來。在典型的 InGaAs FPA 相機(jī)中，每一列都連接到一個(gè)單獨(dú)的前置放大器以進(jìn)行讀出。這些前置放大器可能會(huì)在偏移(相機(jī)在零入射信號(hào)時(shí)輸出的值)和增益(檢測(cè)到的光電子與顯示的灰度級(jí)的比率)方面表現(xiàn)出一些變化。如果不進(jìn)行校正，這些變化就會(huì)以靜態(tài)垂直條紋的形式滲透到圖像中。

所應(yīng)用的校正有兩種形式：首先，可以通過背景扣除來消除偏移變化，這是幾乎所有 InGaAs 成像中的重要步驟。右圖展示了使用Teledyne Princeton Instruments LightField數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行此過程的“之前”和“之后”。

第二種形式是通過仔細(xì)校準(zhǔn)傳感器響應(yīng)來消除增益變化。這是由 Teledyne Princeton Instruments 工程師在相機(jī)發(fā)貨前在內(nèi)部執(zhí)行的。

像素缺陷

InGaAs 相機(jī)通常會(huì)顯示少量的單個(gè)像素，這些像素的暗電流響應(yīng)遠(yuǎn)高于或低于平均值。這些被稱為像素缺陷，可以僅以單個(gè)像素的形式出現(xiàn)，有時(shí)也可以以 2 或 3 個(gè)相鄰像素的形式出現(xiàn)。

這些通過最近鄰校正進(jìn)行校正，從周圍像素值推斷像素的可能值，恢復(fù)圖像質(zhì)量。

Teledyne Princeton Instruments 工程師在相機(jī)發(fā)貨前繪制了相機(jī)上存在的像素缺陷，并且可以在Teledyne Princeton Instruments LightField 軟件中輕松糾正這些缺陷。如果用戶想要添加額外的點(diǎn)，可以查看和編輯像素缺陷列表。

圖 2： InGaAs 相機(jī)的未校正暗幀顯示，隨著曝光時(shí)間的增加，幾個(gè)單獨(dú)像素的響應(yīng)也越來越高。 Rvana InGaAs 傳感器覆蓋短波紅外 (SWIR) 范圍，顯示傳感器溫度的影響。

電荷陷阱和星形缺陷

星形缺陷是 InGaAs 特有的“星形”缺陷。這些缺陷可以有兩種形式：當(dāng)中心像素中所謂的“電荷陷阱”從相鄰像素竊取光電子，使它們比真實(shí)響應(yīng)更暗時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明亮的中心星形缺陷。當(dāng)電荷陷阱將其收集的電荷分配給其鄰居時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)暗中心星形缺陷，從而導(dǎo)致暗像素被較亮的像素包圍。右側(cè)顯示了明亮的中心星缺陷。

在 Teledyne Princeton Instruments，我們擁有專有算法來查找和糾正星形缺陷，從而獲得更清晰、更定量的數(shù)據(jù)。

圖 3： 明亮的中心星缺陷

瑕疵和簇狀

有時(shí)，許多缺陷會(huì)聚集在一起形成所謂的簇或瑕疵。在這種情況下，小區(qū)域內(nèi)最多 15 個(gè)像素左右的任何物體都可能顯示異常的高或低信號(hào)，如上面的“像素缺陷”的情況，但在這種情況下，簡(jiǎn)單的“最近鄰居”校正是不合適的，因?yàn)猷従涌赡馨ㄆ渌腥毕莸南袼亍?/p>

因此，我們的工程師也繪制了NIRvana 相機(jī)系列傳感器上的簇或瑕疵的位置，并將其包含在LightField用于校正的缺陷圖中。這允許執(zhí)行更準(zhǔn)確的校正。

總結(jié)

InGaAs 相機(jī)上存在的缺陷如果不加以糾正，就會(huì)成為圖像質(zhì)量和分析的主要障礙。憑借我們?cè)诳茖W(xué)成像方面的專業(yè)知識(shí)，Teledyne Princeton Instruments 的 NIRvana 相機(jī)系列可以對(duì)缺陷和偽影提供更加準(zhǔn)確和全面的校正。憑借我們先進(jìn)的熱管理和低噪聲技術(shù)(在任何曝光時(shí)間都能提供卓越的信噪比)、集成冷屏蔽(可保護(hù)傳感器免受不需要的外部紅外光子的影響)以及功能強(qiáng)大的軟件，NIRvana 系列相機(jī)非常適合SWIR 中要求嚴(yán)格的科學(xué)應(yīng)用。

審核編輯 黃宇