基于EMCCD和CMOS的天基微光成像

电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)利用电荷雪崩机制可以实现低于1e-的读出噪声，适用于微光成像。随着背照式CMOS成像探测器技术的发展，具有高量子效率和低于1.5e-读出噪声的CMOS成像探测器已中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制成功。针对天基微光成像的需求，分别构建了基于EMCCD CCD201的天基微光相机和基于CMOS的天基微光相机，并建立了系统的噪声模型。对基于EMCCD的天基微光相机和基于CMOS的天基微光相机的微光探测性能和工作机理进行了对比分析。分析结果表明：当采用凝视成像模式，积分时间为2 s，相机入瞳辐亮度为10-9 W·cm-2·sr-1·μm-1时，基于EMCCD的天基微光相机在焦面温度为20℃的条件下的信噪比为23.78，相同条件下基于CMOS的天基微光相机的信噪比为27.42。当采用制冷系统将焦面温度降低至-20℃时，基于EMCCD的天基微光相机的信噪比提高到27.533，而基于CMOS的天基微光相机的信噪比提高到27.79。