图像传感器单粒子翻转及失效位置在线判别方法

本公开涉及电子器件辐射效应快速检测，具体涉及一种图像传感器单粒子翻转及失效位置在线判别方法，属于微电子。

背景技术：

1、cmos图像传感器由于其系统功耗、体积、质量等方面的优良性能，被广泛应用于遥感成像、星敏感器等航天器成像系统中。然而空间中的高能粒子辐射环境，如高能质子和重离子会诱发cmos图像传感器发生单粒子效应，如单粒子瞬态、单粒子翻转，常常会对cmos图像传感器的性能造成影响。

2、由于单粒子效应严重影响cmos图像传感器的成像性能，如何快速判别cmos图像传感器已发生单粒子翻转，一直是研究的难点；进一步的，依据瞬态图像确定器件的失效位置，进行统计分析，可以为空间相机中的图像传感器快速评估以及抗辐射加固提供技术支撑。考虑到在轨运行的空间环境与地面不同，空间环境更为复杂恶劣，cmos图像传感器发生单粒子效应的几率大大增加，开展加固设计工作的成本高且作用有限，因此，如何快速判别cmos图像传感器是否发生单粒子效应，及时断电重启避免进一步损伤，保证cmos图像传感器工作于正常状态，避免器件进一步损伤的，需要进一步研究。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、基于上述为问题，本公开提供了一种图像传感器单粒子翻转及失效位置在线判别方法，至少部分解决了图像传感器单粒子翻转现象在线判别问题和图像传感器失效位置确定问题。

3、(二)技术方案

4、根据本公开的第一个方面，提供了一种图像传感器单粒子翻转在线判别方法，包括：采集初始图像，初始图像为图像传感器在辐照源照射下采集的图像；其中，初始图像是未发生单粒子翻转的正常图像；采集在线图像，在线图像为图像传感器在辐照源照射下工作状态的图像；识别初始图像的第一亮斑、在线图像中的第二亮斑，分别记录第一亮斑信息、第二亮斑信息，亮斑的信息包括亮斑的个数和亮斑占据的像元；根据第一亮斑信息计算初始图像的初始灰度值，根据第二亮斑信息计算在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值；将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较，进行灰度值异常判别；当灰度值发生异常，判定图像传感器发生单粒子翻转。

5、根据本公开的实施例，识别初始图像的第一亮斑、在线图像中的第二亮斑，包括：采集辐照源未开启时的背景图像，计算背景图像的灰度值；根据背景图像的灰度值设置亮斑判定阈值；设置亮斑判定圆度，根据亮斑判定阈值、亮斑判定圆度识别初始图像的第一亮斑、在线图像中的第二亮斑。

6、根据本公开的实施例，根据第一亮斑信息计算初始图像的初始灰度值，根据第二亮斑信息计算在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值，包括：去除初始图像中第一亮斑占据的像元，计算初始图像中剩余像元的初始灰度值；去除在线图像中第二亮斑占据的像元，计算在线图像中剩余像元的全局灰度值、行灰度值、列灰度值。

7、根据本公开的实施例，灰度值发生异常包括：在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值大于初始图像的灰度值的1.1倍或小于初始图像的灰度值的0.9倍，判定灰度值存在异常。

8、根据本公开的实施例，将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较包括：将在线图像的全局灰度值与初始图像的初始灰度值，判断是否发生全局灰度值异常；当全局灰度值正常，比较在线图像的行灰度值与初始图像的初始灰度值，判断是否发生行灰度值异常；当行灰度值正常，比较在线图像的列灰度值与初始图像的初始灰度值，判断是否发生列灰度值异常。

9、根据本公开的实施例，将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较包括：将在线图像的全局灰度值与初始图像的初始灰度值，判断是否发生全局灰度值异常；当全局灰度值正常，比较在线图像的列灰度值与初始图像的初始灰度值，判断是否发生列灰度值异常；当列灰度值正常，比较在线图像的行灰度值与初始图像的初始灰度值，判断是否发生行灰度值异常。

10、本公开的第二方面提供了一种图像传感器失效位置在线判别方法，包括：采集初始图像，初始图像为图像传感器在辐照源照射下采集的图像；其中，初始图像是未发生单粒子翻转的正常图像；采集在线图像，在线图像为图像传感器在辐照源照射下工作状态的图像；识别初始图像的第一亮斑、在线图像中的第二亮斑，分别记录第一亮斑信息、第二亮斑信息，亮斑的信息包括亮斑的个数和亮斑占据的像元；根据第一亮斑信息计算初始图像的初始灰度值，根据第二亮斑信息计算在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值；将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较，进行灰度值异常判别；当灰度值发生异常，判定图像传感器发生单粒子翻转；根据第一亮斑信息、第二亮斑信息和灰度值异常判别结果，判别图像传感器导致单粒子翻转的失效位置。

11、根据本公开的实施例，判别图像传感器导致单粒子翻转的失效位置包括：当全局灰度值发生异常，判断第二亮斑的个数；当第二亮斑的个数为0，判定行寻址寄存器发生单粒子翻转；否则，判定offset寄存器发生单粒子翻转。

12、根据本公开的实施例，判别图像传感器导致单粒子翻转的失效位置包括：当行灰度值发生异常，记录异常行的行数，统计异常行内的第二亮斑的个数与像元；当第二亮斑的个数为0，判定输出多路复用寄存器发生单粒子翻转；否则判断异常行内的第二亮斑占据的像元个数是否异常；当异常行内的第二亮斑占据的平均像元个数异常，判定行读取寄存器发生单粒子翻转；否则，判定行选寄存器发生单粒子翻转。

13、根据本公开的实施例，判别图像传感器导致单粒子翻转的失效位置包括：当列灰度值发生异常，记录异常列的列数；当异常列的列数满足下述公式：l＝n*×2a×b，其中，n*为正整数，a为lvds模块的位数，b表征lvds模块的传输方式，判定lvds模块发生单粒子翻转；否则，判定列读取寄存器发生单粒子翻转。

14、(三)有益效果

15、本公开提供了一种图像传感器单粒子翻转在线判别方法，通过在线图像中出现的瞬态亮斑、灰度值等信息，提取在线图像特征(亮斑数目、亮斑占据的像元以及灰度值等信息)，对瞬态图像进行快速分析，确定此时的图像传感器是否处于单粒子翻转状态，可以在执行空间任务条件下完成单粒子翻转状态的快速判别，可实现自动化，适用于不同种类、不同工艺的图像传感器，方法简单，可操作性强。

技术特征：

1.一种图像传感器单粒子翻转在线判别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的图像传感器单粒子翻转在线判别方法，其特征在于，所述识别所述初始图像的第一亮斑、在线图像中的第二亮斑，包括：

3.根据权利要求1所述的图像传感器单粒子翻转在线判别方法，其特征在于，根据所述第一亮斑信息计算所述初始图像的初始灰度值，根据所述第二亮斑信息计算所述在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值，包括：

4.根据权利要求1所述的图像传感器单粒子翻转在线判别方法，其特征在于，所述灰度值发生异常包括：

5.根据权利要求1所述的图像传感器单粒子翻转在线判别方法，其特征在于，所述将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较包括：

6.根据权利要求1所述的图像传感器单粒子翻转在线判别方法，其特征在于，所述将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较包括：

7.一种图像传感器失效位置在线判别方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7中所述的图像传感器失效位置在线判别方法，其特征在于，所述判别图像传感器发生单粒子翻转的失效位置包括：

9.根据权利要求7所述的图像传感器失效位置在线判别方法，其特征在于，所述判别图像传感器导致单粒子翻转的失效位置包括：

10.根据权利要求7中所述的图像传感器失效位置在线判别方法，其特征在于，所述判别图像传感器导致单粒子翻转的失效位置还包括：

技术总结
本公开提供了一种图像传感器单粒子翻转在线判别方法，该方法包括：采集初始图像，初始图像为图像传感器在辐照源照射下采集的图像；采集在线图像，在线图像为图像传感器在辐照源照射下工作状态的图像；识别初始图像的第一亮斑、在线图像中的第二亮斑，分别记录第一亮斑信息、第二亮斑信息，亮斑的信息包括亮斑的个数和亮斑占据的像元；根据第一亮斑信息计算初始图像的初始灰度值，根据第二亮斑信息计算在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值；将在线图像的全局灰度值、列灰度值、行灰度值与初始图像的初始灰度值比较，进行灰度值异常判别；当灰度值发生异常，判定图像传感器发生单粒子翻转。本公开还提供一种图像传感器失效位置在线判别方法。

技术研发人员：文林,杨智康,李豫东,冯婕,周东,刘炳凯,施炜雷,郭旗
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16