用相关双采样技术提高CCD输出信号的信噪比

### 用相关双采样技术提高CCD输出信号的信噪比 #### 摘要 本文探讨了一种采用相关双采样技术（CDS）来有效抑制CCD（Charge-Coupled Devices，电荷耦合器件）输出信号中的复位噪声的方法。该方法能够显著提升视频信号的信噪比，特别适用于需要高质量图像输出的应用场景。文中不仅详细介绍了相关双采样技术的工作原理及其在CCD信号处理中的具体应用，还提供了实际的实验结果以验证该技术的有效性。 #### 引言 电荷耦合器件(CCD)作为一项重要的光电转换技术，在图像传感领域有着广泛的应用。然而，CCD输出信号中存在着多种噪声成分，如复位噪声、随机噪声、散粒噪声和固定图形噪声等，这些噪声会严重影响图像质量。其中，复位噪声尤其突出，它是由CCD输出电路在复位过程中的热噪声引起的。传统的低通滤波器虽然可以一定程度上减少噪声，但对空间边缘信号有一定的衰减作用，且滤波效果有限。因此，本文提出了一种基于相关双采样技术的复位噪声抑制方法，以提高CCD输出信号的信噪比。 #### CCD简介 CCD是一种利用电荷包存储和传输信息的半导体器件，其核心组成部分包括光敏元、光栅、移位寄存器和输出电路。CCD具有分辨率高、响应速度快以及自扫描等特点，广泛应用于图像传感、几何尺寸测量、位置测量和光学测量等领域。 #### 复位噪声及其抑制 ##### 噪声来源 在CCD工作过程中，复位噪声是由于输出电路复位时产生的热噪声。每当一个像素周期开始时，复位脉冲使得复位开关接通，并在存储电容上建立一个参考电平。但由于复位开关的热噪声效应，这个参考电平会出现偏差，形成复位噪声。 ##### 相关双采样技术原理 相关双采样技术是一种有效的噪声抑制手段，通过使用两个采样保持器对CCD信号分别进行采样，再将两个采样信号送入差动放大器中进行处理，从而去除与采样信号相关的噪声。具体步骤如下： 1. **参考电平采样**：在每个像素周期的开始阶段，当复位脉冲到来时，使用第一个采样保持器SHA1对参考电平进行采样并保持。 2. **视频电平采样**：当像素的信号电荷注入到输出级时，使用第二个采样保持器SHA2对视频电平进行采样并保持。 3. **差动放大**：将两次采样得到的信号送入差动放大器中进行差分运算，从而滤除与参考电平和视频电平均相关的复位噪声。 这种技术不仅可以有效去除复位噪声，还能在一定程度上抑制CCD输出放大器产生的1/f噪声。 #### 实验结果 通过实验验证了相关双采样技术的有效性。实验结果显示，在使用相关双采样技术处理后，CCD输出的图像信号信噪比有了显著提高。具体来说，图4展示了未经处理的CCD图像输出信号（曲线1）和经过相关双采样电路处理后的图像信号（曲线2）。可以看出，经过处理后的图像信号更加清晰，复位噪声得到了明显抑制。 #### 结论 相关双采样技术是一种有效的复位噪声抑制方法，能够显著提高CCD输出信号的信噪比，进而改善图像质量。该技术不仅理论可行，而且已经在实际应用中取得了良好的效果。未来，随着技术的不断进步，相关双采样技术有望在更多领域发挥重要作用。 --- 通过上述分析，我们可以看出相关双采样技术对于提高CCD输出信号的质量具有重要意义。这项技术不仅在理论上具备可行性，而且已经通过实验验证了其有效性。随着技术的发展和应用领域的扩展，相信相关双采样技术将在未来图像传感技术中扮演更为重要的角色。