本發(fā)明涉及圖像傳感器檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域、抗輻射加固技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器的空間應(yīng)用涉及地球勘測、遙感成像、星敏感器等星圖像采集功能和飛船可視系統(tǒng)等空間探測、導(dǎo)航領(lǐng)域。其空間應(yīng)用可靠性對衛(wèi)星的在軌性能和運行壽命有重要影響。

隨機電碼信號是指圖像傳感器的暗電流呈現(xiàn)出一系列瞬態(tài)分離的波動，這種波動在兩個和多個臺階上隨機出現(xiàn)。隨機電碼信號通常在圖像傳感器受輻照后產(chǎn)生，質(zhì)子和中子輻照均會誘發(fā)隨機電碼信號產(chǎn)生，隨機電碼信號的波動幅度與輻射粒子的能量、注量及環(huán)境溫度均有關(guān)系。隨機電碼信號出現(xiàn)會顯著增大圖像傳感器的噪聲。

互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器受粒子輻照后產(chǎn)生隨機電碼信號的捕捉一直是國內(nèi)外的難題，目前，國內(nèi)尚未建立起有效的捕捉方法，國外的一些小組在過去的15年中重點研究了位移損傷導(dǎo)致圖像傳感器(電荷耦合器件或互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器)隨機電碼信號噪聲。hopkinson等使用觀測計數(shù)的方法研究了電荷耦合器件圖像傳感器中質(zhì)子輻照導(dǎo)致的隨機電碼信號。j.bogaerts和t.nuns等人使用基于閾值的檢測方法分別研究了抗輻射加固互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器中的隨機電碼信號噪聲和中子輻照下電荷耦合器件圖像傳感器隨機電碼信號噪聲。d.r.smith等人使用直方圖分析的方法研究了電荷耦合器件圖像傳感器的隨機電碼信號噪聲。y.yuzhelevski等人使用統(tǒng)計特性分析的方法在時域中分析了隨機電碼信號噪聲。其中觀測計數(shù)方法的主要缺點是不能自動的進行檢測而且過分依賴操作者的準確度?；陂撝档臋z測方法是檢測隨機電碼信號最快捷的方法，但這種方法不能獲取隨機電碼信號噪聲的信息而且其閾值大小不是通用的，要根據(jù)具體器件和測試條件來選擇。直方圖分析的檢測方法雖然能較好的滿足檢測的各種要求，但這種方法需要較長的時間導(dǎo)致隨機電碼信號的檢測效率低下。

本發(fā)明提出一種快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，該方法可以快速的檢測大規(guī)模圖像傳感器像素陣列中的隨機電碼信號，不需要根據(jù)特定器件來設(shè)定參數(shù)，具有一定通用性，且在檢測的同時可以計算得到隨機電碼信號的最大波動幅度和波動臺階個數(shù)。本發(fā)明解決了互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器受輻照后產(chǎn)生的隨機電碼信號難以檢測的困難，為深入分析圖像傳感器結(jié)構(gòu)及輻射效應(yīng)提供了有效可行的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，為解決互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器受輻照后產(chǎn)生的隨機電碼信號難以檢測的困難，提供一種快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，該方法涉及裝置是由靜電試驗平臺、樣品測試板、互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品和計算機組成，在一定時間內(nèi)一定溫度條件下利用計算機上安裝的讀圖軟件采集大量暗場圖像，將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為灰度值隨時間變化的信號；然后將所獲得的灰度值隨時間變化的像素信號重新排序，對于重新排序后的像素信號求出其梯度信息，再對像素信號的梯度信息進行濾波，將濾波后的梯度信號與原始的重新排序后的信號相結(jié)合，對其進行重建，最后根據(jù)濾波后得到的重建排序信號，可以計算信號的波動幅度及臺階個數(shù)，將未濾波的信號通過特定判據(jù)的判別結(jié)果和濾波后的信號通過特定判據(jù)的判別結(jié)果進行“或”關(guān)系運算，此時得到的結(jié)果可以正確判斷一個像素是否為隨機電碼信號。本發(fā)明操作方便快捷，不需要根據(jù)器件的不同而設(shè)置不同的參數(shù)，具有一定的通用性，且在檢測的同時可以計算得到隨機電碼信號的最大波動幅度和波動臺階個數(shù)。

本發(fā)明所述的一種快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，其特征在于，該方法涉及裝置是由靜電試驗平臺、樣品測試板、互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品和計算機組成，在靜電試驗平臺(1)上放置樣品測試板(2)，在樣品測試板(2)上放置互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品(3)，樣品測試板(2)與計算機(4)通過usb數(shù)據(jù)線連接，具體操作按下列步驟進行：

a、保持環(huán)境溫度恒定，將受輻照后的互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品(3)置于實驗室測試環(huán)境中半小時，使其溫度與環(huán)境溫度保持一致；

b、將受輻照后的互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品(3)固定在樣品測試板(2)上，再將樣品測試板(2)通過usb數(shù)據(jù)線與計算機(4)相連，開始進行暗場測試，暗場測試時需關(guān)閉測試室中所有照明光源，并用不透光的黑盒罩蓋住互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品(3)，計算機(4)上安裝的讀圖軟件以1幀/s的頻率連續(xù)采集大量暗場圖像；

c、根據(jù)暗場圖像的像素深度及圖像的高度與寬度，對讀圖軟件進行設(shè)置，將像素的灰度值轉(zhuǎn)換為灰度值隨時間變化的像素信號，對所得到的像素信號按照從小到大的順序重新排序；

d、將c步驟得到的重新排序后的像素信號進行梯度檢測，獲得像素信號的梯度信息；

e、對步驟d中像素信號的梯度信息進行濾波，濾除白噪聲以及由于溫度抖動而產(chǎn)生的信號變化；

f、結(jié)合濾波后的梯度信息和排序后的像素信號，對像素信號進行重建；

g、根據(jù)重建后的排序信號，計算臺階波動幅度以及臺階個數(shù)，此時將濾波后的信號處理結(jié)果通過判據(jù)臺階波動幅度是否大于0或者臺階數(shù)是否大于1來判斷該像素是否存在隨機電碼信號的像素；

h、根據(jù)步驟d中的像素梯度信號直接通過判據(jù)梯度信息中是否存在尖峰對該像素進行隨機電碼信號判別；

i、將步驟h所得結(jié)果與步驟g所得結(jié)果進行或的邏輯關(guān)系運算，得到的結(jié)果即為該像素是否為隨機電碼信號像素的最終判斷結(jié)果。

步驟a中的環(huán)境溫度恒定是指互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品(3)可以正常工作的溫度范圍中的任意溫度值，選取該溫度后，將樣品(3)在該環(huán)境溫度下靜置半小時，使樣品(3)的器件溫度始終與環(huán)境溫度一致。

本發(fā)明所述的快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，在檢測的過程中，發(fā)現(xiàn)兩類特殊的隨機電碼信號。其中一類特殊的隨機電碼信號，如果不對原始像素信號進行濾波，那么隨機電碼信號的梯度信息將被其他噪聲淹沒，唯有對原始像素信號進行濾波后，方可有效提取隨機電碼信號的梯度信息，因此，對于此類隨機電碼信號，只有先對像素信號進行濾波才能正確檢測隨機電碼信號。另一類特殊的隨機電碼信號與前一類恰恰相反，如果對其原始像素信號進行濾波，則會將信號的邊沿信息過濾掉。綜上所述，若要正確檢測隨機電碼信號，既要對未濾波的像素信號進行鑒別，也要對濾波后的像素信號進行鑒別，將這兩次鑒別結(jié)果取“或”關(guān)系運算后得到的最終結(jié)果才可以作為對該像素的隨機電碼信號檢測結(jié)果。

本發(fā)明所述的快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，適用于任意可見光圖像中，可以快速的檢測互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器像素陣列中是否存在隨機電碼信號像素，不需要根據(jù)器件的不同而設(shè)置不同的參數(shù)，具有一定的通用性，且在檢測的同時可以計算得到隨機電碼信號的最大波動幅度和波動臺階個數(shù)。本方法解決了互補金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器受輻照后產(chǎn)生的隨機電碼信號難以檢測的困難，為深入分析圖像傳感器結(jié)構(gòu)及輻射效應(yīng)提供了有效可行的方法。

因此本發(fā)明適用于需要掌握輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器性能的器件研制單位、科研院所和航天載荷單位使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測試系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品采用本發(fā)明方法快速鑒別光敏區(qū)單個像素是否存在隨機電碼信號過程中所得圖像結(jié)果，其中(a)原始像素信號；(b)排序后像素信號；(c)像素信號的梯度信息；(d)濾波后的梯度信號；(e)重建后的排序像素信號。

圖3為本發(fā)明第一類特殊隨機電碼信號，其中(a)未濾波處理結(jié)果；(b)濾波處理結(jié)果。

圖4為本發(fā)明第二類特殊隨機電碼信號，其中(a)未濾波處理結(jié)果；(b)濾波處理結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例

本發(fā)明所述的快速鑒別輻照后互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器隨機電碼信號的方法，該方法涉及裝置是由靜電試驗平臺、樣品測試板、互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品和計算機組成，在靜電試驗平臺1上放置樣品測試板2，在樣品測試板2上放置互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3，樣品測試板2與計算機4通過usb數(shù)據(jù)線連接，具體操作按下列步驟進行：

a、選取aptinatm公司所生產(chǎn)的mt9m001型互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器作為互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3，先用能量為23mev、累積注量為14.8×10¹⁰p/cm²的質(zhì)子對互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3進行輻照，然后將輻照后的互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3置于溫度20℃的環(huán)境中半小時，待器件溫度與環(huán)境溫度保持一致時開始測試；

b、然后用樣品測試板2上的零插拔力插座固定受質(zhì)子輻照后的互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3，再將樣品測試板2通過usb數(shù)據(jù)線與計算機4相連，這樣做的目的是讓計算機4為樣品測試板2提供電源并提供控制信號以及接收所獲得的圖像信息，連接好后開始進行暗場測試，暗場測試時需關(guān)閉測試室中所有照明光源，并用不透光的黑盒罩蓋住互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3，將計算機4上安裝的讀圖軟件的積分時間設(shè)置為200ms，采圖頻率設(shè)置為1幀/s，共采集1100幅暗場圖像；

c、根據(jù)暗場圖像的像素深度為8比特，圖像的高度與寬度為512×640，再次對計算機4上安裝的讀圖軟件進行設(shè)置，然后將采集到的1100幅暗場圖像中的同一像素的灰度值轉(zhuǎn)換為灰度值隨時間變化的像素信號圖2(a)，得到的原始像素信號；對所得到的像素信號按照從小到大的順序重新排序圖2(b)，得到的排序后的像素信號；

d、將步驟c中所得到的重新排序后的像素信號進行梯度檢測，獲得該像素信號的梯度信息圖2(c)，得到的像素信號的梯度信息；

e、對步驟d中像素信號的梯度信息進行濾波，濾除白噪聲以及由于溫度抖動而產(chǎn)生的信號變化圖2(d)，得到的濾波后的像素信號；

f、結(jié)合濾波后的梯度信號和排序后的像素信號，對像素信號進行重建圖2(e)，得到的重建后的排序像素信號；

g、根據(jù)重建后的排序信號，計算臺階波動幅度以及臺階個數(shù)，此時將濾波后的信號處理結(jié)果通過判據(jù)臺階波動幅度是否大于0或者臺階數(shù)是否大于1來判斷該像素是否為存在隨機電碼信號的像素；

h、根據(jù)步驟d中的像素梯度信號直接通過判據(jù)梯度信息中是否存在尖峰對該像素進行隨機電碼信號判別；

i、將步驟h所得結(jié)果與步驟g所得結(jié)果進行“或”關(guān)系運算，得到的結(jié)果即為該像素是否為隨機電碼信號像素的最終判斷結(jié)果。

值得注意的是，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)兩類特殊的隨機電碼信號，如圖3所示，對于這類特殊的隨機電碼信號的檢測，必須先將原始信號進行濾波，否則梯度信息將淹沒于噪聲之中從而無法檢測出來；如圖4所示，針對另一類特殊的隨機電碼信號的檢測，則不能對原始信號濾波，否則原始信號的細微變化可能直接被濾除從而導(dǎo)致不能正確的將它檢測出來。由此可以知道，如果想要更準確的檢測互補金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器樣品3受輻照后光敏區(qū)單個像素中的隨機電碼信號，必須將步驟h所得結(jié)果與步驟g所得結(jié)果進行“或”關(guān)系運算，得到的結(jié)果即為該像素是否為隨機電碼信號像素的最終判斷結(jié)果。