【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】近日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《X射線-極紫外波段成像儀器檢測(cè)定標(biāo)方法》編制完成并征求意見，時(shí)間截止到2023年3月30日。主要起草單位為中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所等。
 

　　本文件規(guī)定了軟X射線-極紫外波段(0.lnm~121nm)成像儀器地面檢測(cè)定標(biāo)的一般要求、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試原理、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試程序以及數(shù)據(jù)處理的要求。
 

　　本文件適用于軟X射線-極紫外波段(0.1nm~121nm)光譜范圍內(nèi)應(yīng)用的空間成像儀器(主要應(yīng)用于太陽(yáng)、地球空間環(huán)境、深空天文目標(biāo)的成像〉的檢測(cè)與定標(biāo)工作。其他臨近波段(遠(yuǎn)紫外、紫外)成像儀器及探測(cè)器的檢測(cè)定標(biāo)參照使用。
 

　　軟X射線-極紫外成像儀器檢測(cè)項(xiàng)目包括視場(chǎng)范圍、像元角分辨率、光學(xué)角分辨率、光譜響應(yīng)特性及有效探測(cè)面積。
 

　　視場(chǎng)范圍是描述成像系統(tǒng)所能成像空間范圍的指標(biāo)參數(shù)，如果視場(chǎng)范圍滿足不了任務(wù)要求，將會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)成像不完整。像元角分辨率為焦平面探測(cè)器單個(gè)像元在物空間對(duì)應(yīng)張角的大小。
 

　　軟X射線-極紫外波段成像儀器光學(xué)系統(tǒng)一般由反射式光學(xué)系統(tǒng)和薄膜濾光片組成,其中薄膜濾光片厚度一般在百納米級(jí)別，不影響系統(tǒng)的成像視場(chǎng)范圍等幾何參數(shù)。因此軟X射線-極紫外波段成像儀器的成像視場(chǎng)范圍主要由光機(jī)結(jié)構(gòu)決定，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。為了減少視場(chǎng)范圍測(cè)試的復(fù)雜度和時(shí)間周期，軟X射線-極紫外波段成像儀器應(yīng)在整機(jī)安裝前置濾光片前、在大氣環(huán)境下使用紫外光測(cè)量該項(xiàng)參數(shù)。
 

　　影響軟X射線-極紫外波段成像儀器的光譜響應(yīng)特性的光學(xué)元件主要有濾光片、反射鏡及面陣探測(cè)器等光電元件。在軟X射線-極紫外波段成像儀器整機(jī)集成前，通過(guò)測(cè)量各光學(xué)元器件的效率-波長(zhǎng)分布曲線并相乘，可以得到系統(tǒng)的光譜響應(yīng)率-波長(zhǎng)分布曲線。利用光譜響應(yīng)率-波長(zhǎng)分布曲線，可以確定工作波長(zhǎng)范圍、帶外抑制能力、帶寬等儀器的光譜響應(yīng)特性參數(shù)。
 

　　采用軟X射線-極紫外波段單色儀對(duì)上述軟X射線-極紫外波段光學(xué)元件性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。單色儀的波長(zhǎng)覆蓋待測(cè)儀器的光譜范圍，光束經(jīng)過(guò)單色儀分光后變成單色光，由高靈敏度探測(cè)器測(cè)量直射、反射或透射光信號(hào)，比對(duì)信號(hào)可以得到待測(cè)元件的反射率和透過(guò)率波長(zhǎng)分布曲線。同樣使用單色儀出射的單色光對(duì)探測(cè)器量子效率進(jìn)行測(cè)試:由標(biāo)準(zhǔn)傳遞探測(cè)器標(biāo)定單色光的照度，然后探測(cè)器對(duì)該單色光成像，比對(duì)單色光的照度和探測(cè)器圖像灰度，可以得到探測(cè)器在該波長(zhǎng)的量子效率。將測(cè)量成像儀器中所有光學(xué)元器件效率-波長(zhǎng)曲線相乘，即可得到成像儀器整機(jī)的光譜響應(yīng)曲線，此曲線可表征成像儀器的光譜響應(yīng)特性。
 

　　軟X射線-極紫外波段成像目標(biāo)一般較為微弱，對(duì)該波段成像儀器的探測(cè)靈敏度有著極高的要求，因此需要一個(gè)參數(shù)可以表征，有效面積是表征成像儀器探測(cè)靈敏度最直觀的參數(shù)。該參數(shù)為儀器光譜響應(yīng)率與入瞳面積的乘積，而不同波長(zhǎng)的光譜響應(yīng)率在上述光譜中已經(jīng)獲取，因此只需要測(cè)量成像儀器的入瞳面積。采用千分尺測(cè)量光闌幾何參數(shù)并計(jì)算面積，根據(jù)光闌與入瞳關(guān)系，由光闌幾何面積計(jì)算入瞳面積。
 

　　成像儀器探測(cè)器及成像電子學(xué)在拍攝圖像過(guò)程中會(huì)引入各種噪聲，包括偏置電流、讀出噪聲、暗電流噪聲和固定噪聲。暗噪聲定標(biāo)的目的是標(biāo)定成像探測(cè)器的各種噪聲圖像，包括偏置圖像、讀出噪聲圖像、暗電流圖像和固定噪聲圖像(fixed-pattern noise,FPN)。其中，偏置電流獨(dú)立于曝光時(shí)間，是疊加在成像電路輸出上的一個(gè)直流量;讀出噪聲是一個(gè)隨機(jī)噪聲，需要多次采集并統(tǒng)計(jì)其噪聲特性;暗電流是熱噪聲，大小隨溫度和曝光時(shí)間變化;固定噪聲圖像是成像探測(cè)器制作工藝導(dǎo)致的固定缺陷。定標(biāo)時(shí)，在真空條件下將探測(cè)器溫度降低至工作溫度，探測(cè)器拍攝多幅0s曝光時(shí)間圖像并求平均，即可得到偏置圖像;將所有采集的0s曝光時(shí)間無(wú)光圖像減去偏置圖像得到多幅隨機(jī)的讀出噪聲圖像;對(duì)讀出噪聲圖像相加求平均，得到固定噪聲圖像(FPN圖像)﹔統(tǒng)計(jì)這些讀出噪聲圖像中每個(gè)像元位置圖像灰度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，得到一幅表征探測(cè)器各像元讀出噪聲的讀出噪聲統(tǒng)計(jì)圖像。
 

　　通過(guò)拍攝不同曝光時(shí)間的暗噪聲圖像，減去偏置圖像和FPN圖像，得到不同曝光時(shí)間下的暗電流圖像，可以標(biāo)定工作溫度下探測(cè)器每個(gè)像元的暗電流情況。