一种自适应光强的CCD光电探测器积分时间控制方法与流程

本发明属于光电测试技术领域，涉及一种ccd光电探测器积分时间控制方法。

背景技术：

ccd光电探测器作为光谱分析仪中的光接收器件，能够实现信号的光电转换，以其功耗小、工作电压低、性能稳定、灵敏度高、动态范围大等优点成为研究重点。随着光谱仪的微型化和智能化的发展，对ccd光电探测器积分时间的控制提出了更高的要求。

ccd光电探测器输出的电信号正比于光照强度和积分时间，在积分时间一定的条件下，光照强度太强时，导致信号溢出，从而造成测量的光谱出现失真；光照强度太弱时，采集到的光谱信号信噪比太低，且容易被暗噪声淹没，不能正确反映光谱的真实信息。当光照强度一定时，积分时间太长，一方面过长的积分会导致信号和暗噪声的双增长，降低了光谱信号的信噪比，导致测试精度降低。另一方面，过长的积分时间会影响测试速度，不适用于快速测量等应用场景。因此，为了提高光谱分析仪的测量精度，通常需要对积分时间进行设置。

现有技术中，光谱仪的积分时间的设置通常为手动设置，即根据采集到的信号和经验值人工设定积分时间，人工设定积分时间的缺点是速度慢、环境适应性弱。并且人工手动设置方法无法消除暗噪声对输出信号的影响，从而影响光谱测量的精度和准确性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自适应光强的ccd光电探测器积分时间控制方法，该方法根据光照强度自适应的调整积分时间，同时考虑暗噪声对输出信号的影响自适应的调整积分时间，以此设定合理的积分时间。

本发明解决其技术问题采用技术方案是：一种自适应光强的ccd光电探测器积分时间控制方法，包括：

(1)：设置初始积分时间为ti，其中，tmin＜ti＜tmax；

(2)：采集光谱信号[s1，s2…，sm]，计算光谱信号均值savg；

(3)：采集和计算光谱噪声σdark；

(4)：判断savg与δ·σdark的大小关系，δ为暗噪声影响因子：

若savg＜δ·σdark，设置积分时间为tj，tmin＜tj＜tmax，且tj≠ti，转至步骤(1)；若savg≥δ·σdark，先进行光谱信号去噪，再进行积分时间设置。

进一步的，所述步骤(4)中，若savg≥δ·σdark，积分时间的设置方法为：

对光谱信号[s1，s2…，sm]去噪，得到光谱信号[s′1，s′2，…，s′m]，并从中寻找光谱峰值信号smax；

根据光谱峰值信号smax与光谱阈值信号stv的大小关系，设置积分时间。

进一步的，根据光谱峰值信号smax与光谱阈值信号stv的大小关系设置积分时间的方法包括：

若smax＞α·stv，设置积分时间为(1-β)·ti；

若(1-α)·stv≤smax≤α·stv，设置积分时间为ti；

若smax＜α·stv，设置积分时间为(1+β)·ti。

其中，其中α为光谱修正系数，stv为光谱阈值信号，β为时间修正系数。

进一步的，若(1-β)·ti＜tmin，则终止积分时间的设置；

若(1-β)·ti≥tmin，则转至步骤(2)。

进一步的，若(1+β)·ti＞tmax，则终止积分时间的设置；

若(1+β)·ti≤tmax，则转至步骤(2)。

本发明的一种自适应光强的ccd光电探测器积分时间控制方法，根据光照强度自适应的调整积分时间，同时考虑暗噪声对输出信号的影响自适应的调整积分时间，以此设定合理的积分时间。该方法速度快、精度高具有自适应性，可应用于自动测试、快速测试等场景。

附图说明

图1是本发明实施例的自适应光强的ccd光电探测器积分时间控制方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本实施例提供的自适应光强的ccd光电探测器积分时间控制方法，流程如图1所示，具体步骤如下所述：

step1：参数初始化。根据ccd出厂时提供的最大最小积分时间，设置初始积分时间为ti，其中，tmin＜ti＜tmax；

step2：光谱信号采集和光谱信号均值计算。采集ccd光电探测器光谱信号[s1，s2…，sm]，其中si为第i个像元的光谱信号，计算光谱信号的平均值

step3：光谱噪声采集和计算。采集ccd光电探测器两端各m个非曝光像元的信号，得到线阵ccd探测器的噪声

其中σdark为暗噪声，si为第i个信号值，m为非曝光像元的个数。

step4：光谱信号均值和噪声信号分析：

若savg≥δ·σdark，转至步骤(5)。

若savg＜δ·σdark，设置积分时间为tj，tmin＜tj＜tmax，且tj≠ti，转至步骤(1)；其中δ为暗噪声影响因子，仿真试验中，δ＝1.5。

step5：将步骤(2)中采集到的光谱信号[s1，s2…，sm]去除步骤(3)中的噪声：s′m＝sm-σdark，得到去噪光谱信号[s′1，s′2，…，s′m]，利用峰值搜索的方法从去噪光谱信号中寻找光谱峰值信号smax；

step6：根据光谱峰值信号smax与光谱阈值信号stv的大小关系，设置积分时间：

若smax＞α·stv，设置积分时间为(1-β)·ti；

若(1-α)·stv≤smax≤α·stv，设置积分时间为ti；

若smax＜α·stv，设置积分时间为(1+β)·ti。

其中，其中α为光谱修正系数，stv为光谱阈值信号，β为时间修正系数。仿真实验中，α＝0.9，β＝0.1，stv＝65536。

将设置的积分时间进一步与最大积分时间tmax、最小积分时间tmin比较：若(1-β)·ti＜tmin，给出“光信号太强”错误提示，并终止积分时间的设置，转至步骤(8)；

若(1-β)·ti≥tmin，则转至步骤(2)。

若(1+β)·ti＞tmax，给出“光信号太弱”错误提示，并终止积分时间的设置，转至步骤(8)；

若(1+β)·ti≤tmax，则转至步骤(2)。

step7：完成积分时间设置。

step8：积分时间设置失败，退出积分时间的设置。