EMCCD的自动增益与算法实现(2)
5.3算法的实现 18
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1. 绪论
1.1课题背景
近年来，照相机和摄像机越来越受到人们的喜爱，不管是外出旅游还是亲朋好友聚会，大家都会拍一些美丽的风景和精彩的瞬间以留作纪念。在选购照相机摄像机时，人们不仅关注机器的价格和操作性，更关注机器的质量，人们越来越希望拍出高质量的图像。
另一方面，现在工业相机也越来越广泛地被应用于工业机器视觉、质量检测、
自动化检测等领域:它们通过设计一些算法，让系统自动地对工业相机所拍出来
的图像使用一些诸如提取图像特征、图像分割等方式来进行识别，在图像识别完
后再让系统根据识别结果进行相应操作。
综上所述，不管是从民用的角度，还是从工业检测的角度来看，摄像系统的自动增益应用方面都有着很大的现实需求。
因此，为了满足这一需求，本课题主要研究基于灰度分析的自动增益系统。[1]
1.2 EMCCD的发展概况
20世纪90 年代，国外军方在第三代微光像增强技术成熟后纷纷开展全固态电子倍增技术的研究。美国德克萨斯仪器(Texas Instruments 简称为TI )于1990-3-27 和1994-8-9 申请了美国专利，英国ANDOR-TECH 于1998-9-23申请了欧洲专利。经过将近十年的探索，ANDOR推出商业样机系列CCD60，CCD65等，商标名为 L3Vision ；TI 也推出商业样机系列TC237 ，TC253 等，商标名为 Impactron。其性能已经被证实优于现有微光像增强技术。该技术的特点是高量子效率、高灵敏度、高信噪比、高空间分辨率、高读出速率、高帧速工作和可变的增益控制，可用于制造单光子检测的科学CCD照相机。2001 年，英国E2V 公司通过商业渠道获得EMCCD 技术，其中 CCD659(其结点电容为65fF )是首批使用L3C 技术的商业器件，在 50Hz高增益模式下能有效控制读出噪声减小到1 个电子rms 以下。不久，美国TI 公司推出Impactron™技术，其中TC253 系列采用帧转移、黑白图像，适用于高灵敏、低噪声、小尺寸的应用场合。对于极微弱光信号的探测，长期以来一直采用ICCD 设备，但其背景噪声较大在使用当中产生诸多不便。现在，EMCCD 技术的出现克服了这些问题，尤其是在对极微弱光信号的实时快速动态探测方面具有先天的优势，其探测灵敏度可达到真正单光子事件的检测.[2]
1.3 论文结构介绍
第一章主要介绍了EMCCD的背景与发展概况,让读者对EMCCD器件有个大概的了解,并且梳理了整篇文章的脉络,使读者做到心中有数。
第二章列出了曝光函数，着重分析成像系统中对亮度造成决定性影响的四个因素，分别是入射光强，光圈大小，曝光时间和信号增益。文中对这四个因素的定义，造成的影响都做了较为详细的说明。
第三章的重点在于介绍EMCCD的结构和工作原理,对EMCCD的成像原理,工作过程以及工作中的细节都做了很具体的介绍。通过图像让读者对EMCCD有更深，更直观的了解。
第四章分析了微光成像的一些特征，并且介绍了一种通过灰度直方图分析图像的方法，为自动增益的实现提供了理论基础。
第五章则是自动增益算法的具体实现。通过具体的图像对比，可以清晰的发现这种算法的优越性。
最后，是结论语，致谢词和文中所引用到的文献。
2. 成像系统图像亮度的决定因素
本章分析了成像系统亮度的四个决定因素，并且简要分析了在现实中这几个因素的控制方法。
成像系统的目的是为了获得一幅亮度适中、细节表现清晰的图像。根据现有文献的研究[3-6]:在一个成像系统中，一幅图像的亮度与环境光照度(入射光强度)、曝光时间、光圈大小、信号增益成一函数关系，人们称这一函数为曝光函数，即: