Satellite Camera CCD Read-out System Design, Based on Noise Optimization with Respect to Satellite Limitations

Bazrafshan, H.; Baradaran Shokouhi, Sh.; Ghorbani Vagheii, B.

Satellite Camera CCD Read-out System Design, Based on Noise Optimization with Respect to Satellite Limitations

Authors

H. Bazrafshan

Sh. Baradaran Shokouhi

B. Ghorbani Vagheii

Abstract

Satellite camera Charged Coupled Device (CCD) read out system needs a high Signal to Noise Ratio (SNR). This is because of the special and inevitable space imaging payload noises. These noises include CCD noises, satellite noises such as lack of complete stability, and environmental noises such as atmospheric interferences, charged particles, relative earth and satellite movement and electromagnetic interferences. CCD noises because of their low output voltage compose the main part of the final read out system noise. Therefore if the CCD read out system is not designed properly, SNR declines significantly. These noises depend on CCD characteristics and design parameters such as temperature and frequency. On the other hand, in a satellite temperature and frequency range is partially controllable. The algorithm presented in this paper, with respect to the applied limitations and dependencies, designs the system parameters so that the optimized SNR is achieved.

Keywords

LEO satellite camera

CCD Read Out System

CCD Noises

Satellite Limitations

DESIGN PARAMETERS

Article Title Persian

طراحی سیستم خواندن CCD دوربین ماهواره، براساس بهینه‌سازی نویز و با در نظرگرفتن محدودیت‌های ماهواره

Authors Persian

هاشم بذرافشان

شهریار برادران شکوهی

بهمن قربانی واقعی

Abstract Persian

سیستم خواندن CCD(Charged Coupled Device Read-Out System)دوربین ماهواره‌ها، نیازمند نسبت سیگنال به نویز بالایی است. علت این مسئله،وجود نویزهای خاص و اجتناب‌ناپذیر محموله تصویربرداری فضایی است. این نویزها شامل نویزهای CCD، نویزهایماهواره مانند عدم پایداری کامل ماهواره و نویزهای محیطی مانند تداخل اتمسفر، ذرات باردار، حرکت زمین و ماهواره نسبت به هم، و تداخل‌های الکترومغناطیس است. نویزهای CCDبه دلیل ولتاژ کم خروجی آن بخش عمدة نویز نهایی سیستم خواندن را تشکیل می‌دهند. این وضعیت سبب می‌شود که در صورت طراحی نامناسب مدار خواندن CCD، سیگنال به نویز دوربین دچار افت شدیدی شود. این نویزها به پارامترهای CCDو پارامترهای طراحی مانند دما و فرکانس وابسته است. از طرف دیگر محدودة تغییرات دما و فرکانس در ماهواره را تا حدودی می‌توان کنترل کرد. الگوریتم ارائه شده در این مقاله، با ملاحظة کلیه محدودیت‌ها و وابستگی‌های عملی، پارامترهای سیستم را به شکلی طراحی می‌کند که نسبت سیگنال به نویز بهینه حاصل شود.

Keywords Persian

دوربین ماهواره LEO

مدار خواندن CCD

نویزهای CCD

محدودیتهای ماهواره

پارامترهایطراحی

Howell, S., Handbook of CCD Astronomy, 2nd ed., Cambridge Observing Handbooks for Research Astronomers, 2000.
Fang, W and Tian-ze, L., “Research on CCD De-noising Technology,” 2^nd International Congress on Image and Signal Processing, 2009, pp. 1-4.
Holst, G. C., CCD Arays, Cameras, and Displays, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham WA, ETATS-UNIS,
Ortiz, A. and Oliver, G., “Radiometric Calibration of CCD Sensors: Dark Current and Fixed Pattern Noise Estimation,” Department of Mathematics and Computer Science, Proceeding International Conference on Robotics and Automation, 2004, pp 4730-4735.
Hopkinson, G. R. and Lumb, D. H., “Noise Reduction Techniques for CCD Image Sensors,” Journal Physics, E: Scientific Instruments, 15, No.11, 1982, pp.1214-1221.
Hynecek, J., “Spectral Analysis of Reset Noise Observed in CCD Charge-Detection Circuits,” IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 37, No. 3, March 1990, pp.640-647.
Wey, H. M. and Guggenbühl, W., “An Improved Correlated Double Sampling Circuit for Low Noise Charge-Coupled Devices,” IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. 37, No. 12, 1990, pp. 1559-1565.
Kansy R. J., “Response of a Correlated Double Sampling Circuit to 1/f Noise [Generated in CCD Arrays],” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 15, 3, 2003, pp. 373- 375.
Berry, R. and Burnell, J., The Handbook of Astronomical Image Processing Computers, 2nd edition, Willmann-Bell, 2005, 684 p.
Carlton M. C., “Quantum Limits on Noise in Linear Amplifiers,” Physical Review D., The American Physical Society, Vol. 26, No. 8, 1982, pp. 130-133.
CCD 442A, 2048 x 2048 Element, Full Frame Image Sensor, Fairchild Imaging, Inc., 1801 McCarthy Blvd., Milpitas, CA 95035.