本發(fā)明涉及天文成像探測、輻射圖像參數(shù)測試領(lǐng)域，具體涉及一種天文成像探測器輻照后線性度的測試方法。

背景技術(shù)：

1、線性度反映了輸入信號和輸出信號之間的變化關(guān)系，也就是指在器件的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，像元輸出信號與曝光時(shí)間是否呈直線關(guān)系。通常在弱信號和接近滿阱信號時(shí)，線性度較差。這是因?yàn)樵谌跣盘枙r(shí)，器件噪聲影響大，信躁比低，引起一定的離散性；在接近滿阱時(shí)，光敏單元下耗盡區(qū)變窄，使量子效率下降，靈敏度降低。器件的線性度影響著光信號的捕捉和轉(zhuǎn)換過程的準(zhǔn)確度，如果器件的線性度出現(xiàn)偏差或不穩(wěn)定，就會(huì)導(dǎo)致光信號失真或損失，從而對天文成像探測器獲取的圖像的清晰度和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，不利于解析圖像中的天文數(shù)據(jù)。因此器件線性度的好壞對天文成像探測結(jié)果有著極大的影響。然而當(dāng)空間天文望遠(yuǎn)鏡在軌工作時(shí)，空間累積輻射效應(yīng)會(huì)使導(dǎo)星儀成像器件(天文成像探測器)的線性度發(fā)生退化，進(jìn)而會(huì)影響精細(xì)導(dǎo)星儀的指向精度，若精細(xì)導(dǎo)星儀產(chǎn)生錯(cuò)誤的視軸姿態(tài)信息，將會(huì)對空間天文望遠(yuǎn)鏡的安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。

2、目前，針對天文成像探測器進(jìn)行的線性度測試，主要基于emva1288測試標(biāo)準(zhǔn)。對于天文成像探測器來說，其測試要求更高，emva1288標(biāo)準(zhǔn)測試步驟較多且并未將本底噪聲和電壓偏置對線性度測試的影響考慮在內(nèi)。在輻照之后，本底噪聲的增加會(huì)對天文成像探測器的線性度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致線性度參數(shù)測試誤差增大，無法為空間天文望遠(yuǎn)鏡的可靠性評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3、因此本文提出天文成像探測器輻照后線性度的測試方法，在暗場測試時(shí)，通過減少測試步驟，僅采集暗場本底灰度圖像進(jìn)行測試，以此縮短測試時(shí)間；在光場測試時(shí)，通過剔除本底來減少本底噪聲和電壓偏置對線性度的影響，提取出輻照后的天文成像探測器的線性度參數(shù)，并選取20％μsat≤μy.optical≤80％μsat區(qū)間內(nèi)的光場圖像灰度均值μideal，減小了弱信號和接近滿阱信號數(shù)據(jù)對線性度測試的影響，提高了輻照之后的天文成像探測器線性度的測試準(zhǔn)確度，縮短了測試的時(shí)間，為空間天文望遠(yuǎn)鏡的可靠性評估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測試方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有線性度測試方法的局限性，提供一種天文成像探測器輻照后線性度的測試方法，該方法涉及裝置是由靜電試驗(yàn)平臺(tái)、積分球光源、三維樣品調(diào)整臺(tái)、樣品測試板、天文成像探測器樣品、直流電源和計(jì)算機(jī)組成。通過開展天文成像探測器質(zhì)子輻照損傷試驗(yàn)，對采集到的本底圖像和光場圖像的單個(gè)像元的灰度值進(jìn)行提取。以零曝光時(shí)間下的暗場本底數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以縮短測試時(shí)間和提高測試線性度的準(zhǔn)確度作為目的，對采集到的不同曝光時(shí)間下的光場圖像進(jìn)行逐像素分析，獲得可以表征線性度的數(shù)據(jù)，并計(jì)算剔除本底的光場圖像灰度均值μy.optical，然后在μy.optic中找出滿阱信號值μsat以及計(jì)算20％μsat≤μy.optical≤80％μsat區(qū)間內(nèi)的光場圖像灰度均值μideal。再以曝光時(shí)間為橫軸，μideal為縱軸，對線性度數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，并提取擬合曲線的線性區(qū)域斜率k和截距b，對每一組曝光時(shí)間t和光場灰度均值μy.optical進(jìn)行l(wèi)inearity計(jì)算，然后求出所有組linearity數(shù)據(jù)的均值meanlinearity，即為天文成像探測器的線性度，以此縮短測試時(shí)間和提高輻照之后的天文成像探測器線性度的測試準(zhǔn)確度。

2、本發(fā)明所述的一種天文成像探測器輻照后線性度的測試方法，該方法涉及裝置是由靜電試驗(yàn)平臺(tái)、積分球光源、三維樣品調(diào)整臺(tái)、樣品測試板、天文成像探測器樣品、直流電源和計(jì)算機(jī)組成，在靜電試驗(yàn)平臺(tái)(1)上分別設(shè)有積分球光源(2)和三維樣品調(diào)整臺(tái)(3)，在三維樣品調(diào)整臺(tái)(3)上固定有樣品測試板(4)，在樣品測試板(4)上放置天文成像探測器樣品(5)，樣品測試板(4)與直流電源(6)連接，靜電試驗(yàn)平臺(tái)(1)與計(jì)算機(jī)(7)連接，具體操作按下列步驟進(jìn)行：

3、a、針對天文成像探測器實(shí)際在軌工作環(huán)境，依據(jù)其典型質(zhì)子輻照劑量，確定實(shí)際輻照參數(shù),開展天文成像探測器不同累積注量下的質(zhì)子輻照試驗(yàn)；

4、b、將輻照后的天文成像探測器樣品(5)固定在樣品測試板(4)上，再將樣品測試板(4)分別與直流電源(6)和計(jì)算機(jī)(7)相連，開始進(jìn)行暗場測試，暗場測試時(shí)需關(guān)閉積分球光源(2)，并同時(shí)關(guān)閉測試室中其他照明光源，并用不透光的黑盒罩蓋住天文成像探測器樣品(5)；

5、c、通過計(jì)算機(jī)(7)，調(diào)整樣品測試版(4)上天文成像探測器樣品(5)的曝光時(shí)間，選取零曝光時(shí)間，并采集20幀灰度圖像，將采集的零曝光時(shí)間圖像進(jìn)行保存；

6、d、將步驟c中暗場零曝光時(shí)間點(diǎn)的20幀灰度圖像放入一個(gè)三維矩陣中，然后基于像元定位進(jìn)行逐個(gè)像元灰度值的提取，按照像元位置計(jì)算出20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置的灰度均值，即μy.biasdark[m][n]，得出一幀包含每個(gè)像元對應(yīng)位置的灰度均值的灰度圖像，并將其作為本底；

7、本底20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置的灰度均值μy.biasdark[m][n]依據(jù)公式(1)計(jì)算：

8、

9、yd.1[m][n]、yd.2[m][n]、……、yd.20[m][n]，其中m和n表示某個(gè)灰度值的像元位置1≤m≤m,1≤n≤n,m,n,m,n為像元總行數(shù)和總列數(shù)，其都為正整數(shù)，yd.q[m][n]表示像元(m,n)位置的灰度值，下角標(biāo)dark和d均表示暗場，下角標(biāo)q＝1、2、……、20表示20幀圖像的序號，下角標(biāo)bias表示本底，μy.biasdark[m][n]表示本底20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值；

10、e、取出黑盒子，打開積分球光源，選定固定輻照度，開始進(jìn)行光場測試，通過計(jì)算機(jī)(7)，調(diào)整樣品測試版(4)上天文成像探測器樣品(5)的曝光時(shí)間，從零曝光時(shí)間開始，以像元?jiǎng)葳迩『脻M阱為限，探測器隨曝光時(shí)間輸出圖像的最大灰度均值，即為滿阱信號值，等間隔選取20個(gè)曝光時(shí)間點(diǎn)，從探測器零曝光時(shí)間開始采集圖像，每個(gè)曝光時(shí)間點(diǎn)采集20幀灰度圖像，將采集的圖像按照曝光時(shí)間分別進(jìn)行保存；

11、f、選取第一個(gè)曝光時(shí)間點(diǎn)，將采集的20幀灰度圖像放入一個(gè)三維矩陣中，基于像元定位進(jìn)行逐個(gè)像元灰度值的提取，然后按照像元位置計(jì)算出20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置yo.q[m][n]減去μy.biasdark[m][n]的灰度均值，得出各自曝光時(shí)間對應(yīng)的μy.optical[m][n]，得出一幀每個(gè)像元對應(yīng)位置剔除本底的灰度均值的光場灰度圖像，并計(jì)算這一幀所有像元位置的灰度均值，即μy.optical，將其作為這一光場曝光時(shí)間下的灰度均值；

12、光場20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置yo.q[m][n]減去μy.biasdark[m][n]的灰度均值μy.optical[m][n]與剔除本底幀所有像元位置的灰度均值μy.optical依據(jù)公式(2)與公式(3)計(jì)算：

13、

14、

15、yoptical.1[m][n]、yoptical.2[m][n]、……、yoptical.20[m][n]，其中m和n表示某個(gè)灰度值的像元位置1≤m≤m,1≤n≤n,m,n,m,n為像元總行數(shù)和總列數(shù)，其都為正整數(shù)，yoptical.q[m][n]表示像元(m,n)位置的灰度值，下角標(biāo)dark和d均表示暗場，optical表示光場，下角標(biāo)q＝1、2、……、20表示20幀圖像的序號，下角標(biāo)bias表示本底，μy.biasdark[m][n]表示本底20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值，μy.optical[m][n]表示所選光場曝光時(shí)間下20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值，μy.optical表示所選光場曝光時(shí)間下所有像元位置剔除本底的灰度均值；

16、g、重復(fù)步驟f，計(jì)算所有20個(gè)光場曝光時(shí)間下的μy.optical[m][n]和μy.optical，將20個(gè)光場曝光時(shí)間點(diǎn)中每個(gè)曝光時(shí)間下剔除圖像本底的灰度均值μy.optical進(jìn)行記錄，找出剔除圖像本底的滿阱信號值μsat；

17、μsat表示剔除圖像本底的滿阱信號值；

18、h、在μy.optical中找出20％μsat≤μy.optical≤80％μsat區(qū)間內(nèi)的光場圖像灰度均值μideal，將對應(yīng)的曝光時(shí)間和μideal進(jìn)行記錄，并以曝光時(shí)間為橫軸，以μideal為縱軸，將數(shù)據(jù)使用最小二乘法進(jìn)行擬合，并提取擬合曲線的線性區(qū)域斜率k和截距b，對每一組曝光時(shí)間t和光場灰度均值μy.optical進(jìn)行l(wèi)inearity計(jì)算，然后求出所有組linearity數(shù)據(jù)的均值meanlinearity，即為天文成像探測器的線性度；

19、單組線性度linearity與所有組線性度meanlinearity依據(jù)公式(4)與公式(5)計(jì)算：

20、

21、

22、μideal表示20％μsat≤μy.optical≤80％μsat區(qū)間內(nèi)的光場圖像灰度均值，μy.optical[m][n]表示所選光場曝光時(shí)間下20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值，μy.optical表示所選光場曝光時(shí)間下所有像元位置剔除本底的灰度均值，k和b表示最小二乘法擬合曲線的線性區(qū)域的斜率和截距，i＝1、2、……、20表示20個(gè)光場曝光時(shí)間的次序，linearity表示所選光場曝光時(shí)間下的線性度，meanlinearity表示20個(gè)光場曝光時(shí)間下線性度的均值，即天文成像探測器的線性度。

23、本發(fā)明綜合現(xiàn)有線性度測試方法的思路和不足，考慮空間累積輻射損傷對天文成像探測器的影響，將線性度的測試更加細(xì)節(jié)化，將線性度的測試步驟更加精簡化。該方法不僅能夠提高對光場圖像數(shù)據(jù)的解析精度，而且有效縮短測試時(shí)間并減少本底噪聲和電壓偏置對線性度參數(shù)測試的影響，減小了線性度測試的誤差，為空間天文望遠(yuǎn)鏡的可靠性評估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測試方法。

24、本發(fā)明提供一種天文成像探測器輻照后線性度的測試方法，利用放置在靜電試驗(yàn)平臺(tái)上的積分球光源、三維樣品調(diào)整臺(tái)、樣品測試板、電源、計(jì)算機(jī)組成的輻照后天文成像探測器的線性度測試系統(tǒng)，系統(tǒng)中天文成像探測器的曝光時(shí)間范圍可通過計(jì)算機(jī)控制，具體步驟為：

25、a、針對天文成像探測器實(shí)際在軌工作環(huán)境，依據(jù)其典型質(zhì)子輻照劑量，確定實(shí)際輻照參數(shù),開展天文成像探測器不同累積注量下的質(zhì)子輻照試驗(yàn)；

26、b、將輻照后的樣品(5)固定在樣品測試板(4)上，再將樣品測試板(4)分別與直流電源(6)和計(jì)算機(jī)(7)相連，開始進(jìn)行暗場測試，暗場測試時(shí)需關(guān)閉積分球光源(2)，并同時(shí)關(guān)閉測試室中其他照明光源，并用不透光的黑盒罩蓋住天文成像探測器樣品(5)；

27、c、通過計(jì)算機(jī)(7)，調(diào)整樣品測試版(4)上天文成像探測器樣品(5)的曝光時(shí)間，選取零曝光時(shí)間，并采集20幀灰度圖像，將采集的零曝光時(shí)間圖像進(jìn)行保存；

28、d、將c中暗場零曝光時(shí)間點(diǎn)的20幀灰度圖像放入一個(gè)三維矩陣中，然后基于像元定位進(jìn)行逐個(gè)像元灰度值的提取，按照像元位置計(jì)算出20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置的灰度均值，即μy.biasdark[m][n]，這樣就可以得出一幀包含每個(gè)像元對應(yīng)位置的灰度均值的灰度圖像，并將其作為本底；

29、本底20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置的灰度均值μy.biasdark[m][n]依據(jù)公式(1)計(jì)算：

30、

31、yd.1[m][n]、yd.2[m][n]、……、yd.20[m][n]，其中m和n表示某個(gè)灰度值的像元位置1≤m≤m,1≤n≤n,m,n,m,n為像元總行數(shù)和總列數(shù)，其都為正整數(shù))，yd.q[m][n]表示像元(m,n)位置的灰度值，下角標(biāo)dark和d均表示暗場，下角標(biāo)q＝1、2、……、20表示20幀圖像的序號，下角標(biāo)bias表示本底，μy.biasdark[m][n]表示本底20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值；

32、e、取出黑盒子，打開積分球光源，選定固定輻照度，開始進(jìn)行光場測試，通過計(jì)算機(jī)(7)，調(diào)整樣品測試版(4)上天文成像探測器樣品(5)的曝光時(shí)間，從零曝光時(shí)間開始，以像元?jiǎng)葳迩『脻M阱為限(探測器隨曝光時(shí)間輸出圖像的最大灰度均值，即為滿阱信號值)，等間隔選取20個(gè)曝光時(shí)間點(diǎn)，從探測器零曝光時(shí)間開始采集圖像，每個(gè)曝光時(shí)間點(diǎn)采集20幀灰度圖像，將采集的圖像按照曝光時(shí)間分別進(jìn)行保存；

33、f、選取第一個(gè)曝光時(shí)間點(diǎn)，將這一曝光時(shí)間點(diǎn)采集的20幀灰度圖像放入一個(gè)三維矩陣中，基于像元定位進(jìn)行逐個(gè)像元灰度值的提取，然后按照像元位置計(jì)算出20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置yo.q[m][n]減去μy.biasdark[m][n]的灰度均值，得出各自曝光時(shí)間對應(yīng)的μy.optical[m][n]，這樣就可以得出一幀每個(gè)像元對應(yīng)位置剔除本底的灰度均值的光場灰度圖像，并計(jì)算這一幀所有像元位置的灰度均值，即μy.optical，將其作為這一光場曝光時(shí)間下的灰度均值；

34、光場20幀圖像每個(gè)像元對應(yīng)位置yo.q[m][n]減去μy.biasdark[m][n]的灰度均值μy.optical[m][n]與剔除本底幀所有像元位置的灰度均值μy.optical依據(jù)公式(2)與公式(3)計(jì)算：

35、

36、

37、yoptical.1[m][n]、yoptical.2[m][n]、……、yoptical.20[m][n]，其中m和n表示某個(gè)灰度值的像元位置1≤m≤m,1≤n≤n,m,n,m,n為像元總行數(shù)和總列數(shù)，其都為正整數(shù)，yoptical.q[m][n]表示像元(m,n)位置的灰度值，下角標(biāo)dark和d均表示暗場，optical表示光場，下角標(biāo)q＝1、2、……、20表示20幀圖像的序號，下角標(biāo)bias表示本底，μy.biasdark[m][n]表示本底20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值，μy.optical[m][n]表示所選光場曝光時(shí)間下20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值，μy.optical表示所選光場曝光時(shí)間下所有像元位置剔除本底的灰度均值；

38、g、重復(fù)步驟f，計(jì)算所有20個(gè)光場曝光時(shí)間下的μy.optical[m][n]和μy.optical，將20個(gè)光場曝光時(shí)間點(diǎn)中每個(gè)曝光時(shí)間下剔除圖像本底的灰度均值μy.optical進(jìn)行記錄，找出剔除圖像本底的滿阱信號值μsat；

39、μsat表示剔除圖像本底的滿阱信號值；

40、h、在μy.optical中找出20％μsat≤μy.optical≤80％μsat區(qū)間內(nèi)的光場圖像灰度均值μideal，將對應(yīng)的曝光時(shí)間和μideal進(jìn)行記錄，并以曝光時(shí)間為橫軸，以μideal為縱軸，將數(shù)據(jù)使用最小二乘法進(jìn)行擬合，并提取擬合曲線的線性區(qū)域斜率k和截距b，對每一組曝光時(shí)間t和光場灰度均值μy.optical進(jìn)行l(wèi)inearity計(jì)算，然后求出所有組linearity數(shù)據(jù)的均值meanlinearity，即為天文成像探測器的線性度；

41、單組線性度linearity與所有組線性度meanlinearity依據(jù)公式(4)與公式(5)計(jì)算：

42、

43、

44、μideal表示20％μsat≤μy.optical≤80％μsat區(qū)間內(nèi)的光場圖像灰度均值，μy.optical[m][n]表示所選光場曝光時(shí)間下20幀圖像像元(m,n)位置的灰度均值，μy.optical表示所選光場曝光時(shí)間下所有像元位置剔除本底的灰度均值，k和b表示最小二乘法擬合曲線的線性區(qū)域的斜率和截距，i＝1、2、……、20表示20個(gè)光場曝光時(shí)間的次序，linearity表示所選光場曝光時(shí)間下的線性度，meanlinearity表示20個(gè)光場曝光時(shí)間下線性度的均值，即天文成像探測器的線性度。

45、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的一種天文成像探測器輻照后線性度的測試方法，該方法通過考慮空間累積輻射損傷對天文成像探測器的影響，將線性度的測試更加細(xì)節(jié)化，將線性度的測試步驟更加精簡化。該方法不僅能夠提高對光場圖像數(shù)據(jù)的解析精度，而且有效縮短測試時(shí)間并減少本底噪聲和電壓偏置對線性度參數(shù)測試的影響，減小了線性度測試的誤差。

46、本發(fā)明所述的一種天文成像探測器輻照后線性度的測試方法，不但可以準(zhǔn)確測試出輻照之后天文成像探測器的線性度，提高輻照之后的天文成像探測線性度的測試準(zhǔn)確度，而且解決了emva1288標(biāo)準(zhǔn)步驟較多、測試時(shí)間較長以及未將本底噪聲和電壓偏置對線性度測試的影響考慮在內(nèi)的問題，減小了線性度測試的誤差。本發(fā)明方適用于多種天文成像探測器，具有測試方便、誤差小、速度快、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢。