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视频信号的精细建模与电荷耦合器件的最佳读出

DOI：10.1002/cta.2784 期刊：International Journal of Circuit Theory and Applications 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 本文提出了一种实用的设计方法，用于计算电荷耦合器件（CCD）读出过程中降噪的最优滤波器，该方法综合考虑了电荷转移及CCD中电容耦合导致的馈通效应。文中详细分析了视频信号与电荷转移的动态特性，包括CCD输出级的电路建模以及模数转换器（ADC）前视频链中电子器件的动态特性。该模型用于计算最优滤波器，在电荷完全稳定前利用电荷转移采样来最小化像素噪声方差。这一设计改进了先前同样采用最优滤波器但未使用过渡采样的研究成果，同时缩短了像素读出时间，从而实现更快速的读出。作为该最优滤波器的概念验证，我们展示了使用Skipper CCD的新型实验结果——这种器件具有浮动感测节点，可对电荷包进行任意次数的测量。不过该技术适用于任何采用数字采样视频信号的读出系统的CCD。
作者： Guillermo Fernandez Moroni，Pedro Querejeta Simbeni，Fernando Chierchie，Leandro Stefanazzi，Eduardo Paolini，Miguel Sofo Haro，Gustavo Cancelo，Juan Estrada
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

计算电荷耦合器件（CCD）读出过程中考虑电荷转移和电容耦合引起的馈通效应的最优降噪滤波器。

研究成果

本文详细建立了CCD输出级的视频信号与电荷转移特性模型（包括时钟馈通效应建模），并开发了一种兼顾CCD读出过程中电荷转移特性与噪声特性的像素值最优滤波算法。该算法考虑了读出过程中的全部采样点（包括基线电平与信号电平过渡区间的采样）。相比同等滤波器长度的CDS技术，本方案具有更优的噪声抑制效果；或在相同读出噪声条件下，可缩短像素读出时间。

研究不足

实验装置需要操作CCD的序列发生器与视频信号样本的数字采集之间实现精确同步。未来的工作将聚焦于利用完整的像素结构来计算像素值。

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