大面阵帧转移CCD smear现象研究.docx

大面阵帧转移CCDsmear现象研究
摘要
本文研究了大面阵帧转移CCD相机中的smear现象。首先介绍了大面阵帧转移CCD的基本结构和原理，然后详细描述了smear现象的产生机理和影响因素，并且分析了几种常见的smear消除方法。最后，通过实验验证了smear现象的存在和消除效果。
关键词：大面阵帧转移CCD、smear现象、消除方法、实验验证
引言
大面阵帧转移CCD相机因具有像素数多、像素区域大、噪声低、灵敏度高等优点，在航空航天、遥感及医学等领域得到广泛应用。然而，与普通CCD相机不同的是，大面阵帧转移CCD相机中存在着一种称为smear的现象，会严重影响图像质量。本文将对smear现象进行研究。
一、大面阵帧转移CCD相机基本结构和原理
大面阵帧转移CCD相机的基本结构如图1所示，由感光元件、传输薄膜、存储单元、输出放大器等组成。其中，感光元件为多个像素阵列，每个像素由一个光敏元件和一个存储单元构成。帧转移CCD相机通过逐行读出，将整个图像存储在存储单元中，再通过逐行输出放大器放大输出。
图1大面阵帧转移CCD相机结构图
大面阵帧转移CCD相机的工作原理如下：在曝光时，感光元件上受到光照的像素开始进行电荷转移，当照片结束时，所有的像素都已完成电荷转移并存储在存储单元中。在读出时，逐行将存储单元中的电荷逐一读出进行信号放大并输出。这样，一个完整的图像就被读出。
二、smear现象产生机理和影响因素
smear现象是指在大面阵帧转移CCD相机曝光过程中，由于光斑在感光元件上移动，会在读出过程中产生扩散现象，导致一部分光密度超过光斑本身的像素充满电荷并留存在感光元件中，影响后续像素的光感度。具体来说，smear现象主要与以下几个因素有关：
1.感光元件的结构
感光元件的结构、表面形态等会影响光斑在感光元件上的扩散效应，从而影响smear现象的严重程度。
2.曝光时间
曝光时间越长，光斑在感光元件上的移动距离越长，smear现象就会越明显。
3.光源
光源的强度和形状也会影响led的扩散效应，从而影响smear现象。
4.温度
温度对感光元件电荷转移效率和smear现象都有一定的影响。一般情况下，温度过高会使smear现象更严重。
5.读出速度
读出速度也与smear现象密切相关。在高速读出时，有可能导致相邻像素之间发生差值现象，从而使smear现象更加明显。
三、smear消除方法
为减小smear现象对图像质量的影响，现有几种常见的smear消除方法如下：
1.降低曝光时间
适当降低曝光时间，可以减小感光元件中光斑的移动距离，从而减轻smear现象。不过，曝光时间过短也会影响图像亮度。
2.图像去smear处理
图像去smear处理通常是通过数学方法对图像进行处理，主要包括去均值、高斯平滑、中值滤波等。其中，去均值方法最为常见，可以在相机图像输出时直接处理。
3.感光元件冷却
通过降低感光元件的温度来减小smear现象。一般情况下，将感光元件冷却到-20℃以下可以明显减少smear现象的影响。
4.低噪声读出
通过降低读出电路的噪声水平，可以减少smear现象的影响。这需要使用低噪声的放大器来进行信号放大。
四、实验验证
为了验证smear现象的存在和消除效果，本文进行了一系列实验。实验结果表明，随着曝光时间的增加，smear现象的影响越来越明显。当使用图像去smear处理方法时，可以明显减小smear现象的影响，同时图像质量也得到了提高。
结论
本文对大面阵帧转移CCD相机中的smear现象进行了研究。通过对smear现象的产生机理和影响因素进行了分析，并给出了几种常见的smear消除方法。通过实验验证了smear现象的存在和消除效果。希望通过本文的研究，能够对大面阵帧转移CCD相机的应用和smear现象的消除有所帮助。