周旋風(fēng)，張德鋒，王彥斌，肖文健，任廣森，李 華

（電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng)471003）

1 引 言

電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）圖像傳感器具有體積小、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科研和安全等領(lǐng)域［1-3］。CCD圖像傳感器通常是各種光電成像裝備的核心器件。按照電荷轉(zhuǎn)移方式，CCD可以分為幀轉(zhuǎn)移型、行間轉(zhuǎn)移型和幀行間轉(zhuǎn)移型3種，其中行間轉(zhuǎn)移型CCD（Interline Transfer CCD，IT-CCD）的應(yīng)用最多［4］。CCD圖像傳感器在激光輻照下極易受到干擾進(jìn)而影響其正常工作，干擾形式主要包括飽和現(xiàn)象和串?dāng)_現(xiàn)象［5-6］。飽和現(xiàn)象主要表現(xiàn)為受輻照區(qū)域的像元灰度值不再隨著激光功率的增加而增加，而串?dāng)_現(xiàn)象則表現(xiàn)為隨著激光功率的增加而在圖像中穿越主光斑中心沿CCD傳輸溝道方向出現(xiàn)亮線?；谏鲜鎏匦裕眉す庵苯訉?duì)光電裝備實(shí)施干擾的大功率激光壓制干擾方式，是光電對(duì)抗最重要的手段之一。針對(duì)激光壓制干擾試驗(yàn)，要采用內(nèi)外場(chǎng)結(jié)合的辦法，通過(guò)外場(chǎng)典型試驗(yàn)和內(nèi)場(chǎng)仿真試驗(yàn)，對(duì)干擾效果及干擾效能進(jìn)行綜合評(píng)估。因此，開(kāi)展激光對(duì)CCD干擾機(jī)理的研究并獲得激光干擾效應(yīng)圖像具有十分重要的意義。

目前，針對(duì)激光輻照CCD的串?dāng)_現(xiàn)象已經(jīng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，主要集中在串?dāng)_閾值的實(shí)驗(yàn)測(cè)量、機(jī)理分析和干擾效應(yīng)圖像的獲?。?-14］。這些研究不僅涉及到普通面陣CCD、TDI-CCD和彩色CCD等多種類(lèi)型，還包含了雙光束輻照和準(zhǔn)平行光干涉等多種干擾條件。在CCD光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)分析方面，Kawai等人提出光電二極管在飽和之后會(huì)出現(xiàn)Knee效應(yīng)，并給出了近似計(jì)算公式［7］，Djité等人基于像元響應(yīng)函數(shù)推導(dǎo)了光電二極管的量子效率和串?dāng)_分布［9］。在串?dāng)_效應(yīng)形成機(jī)理方面，早期研究人員認(rèn)為串?dāng)_是光生電荷從光輻照像素沿著傳輸溝道由近及遠(yuǎn)依次溢出至兩側(cè)像素而形成的。張震等根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和原理分析進(jìn)一步將串?dāng)_分為第一類(lèi)串?dāng)_和第二類(lèi)串?dāng)_，并指出串?dāng)_線的形成主要是由第一類(lèi)串?dāng)_引起的［15］。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真手段獲取激光干擾CCD的圖像數(shù)據(jù)，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)靈活性，還可以大大降低實(shí)驗(yàn)成本。因此，研究人員基于成像機(jī)理開(kāi)展了激光干擾CCD的仿真研究，并獲得了干擾效應(yīng)圖像［16-19］。但在這些仿真研究中，對(duì)串?dāng)_產(chǎn)生的機(jī)理和電荷溢出的具體過(guò)程還缺乏深入的分析，因此模型比較簡(jiǎn)單，并且仿真結(jié)果中沒(méi)有體現(xiàn)出兩個(gè)串?dāng)_過(guò)程的差異。

本文針對(duì)IT-CCD的串?dāng)_現(xiàn)象開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)和仿真研究。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，對(duì)兩個(gè)串?dāng)_過(guò)程形成的串?dāng)_效應(yīng)圖像進(jìn)行了比較。結(jié)合CCD的工作原理，對(duì)串?dāng)_現(xiàn)象的產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行了深入的理論分析，并開(kāi)展了激光輻照IT-CCD的串?dāng)_效應(yīng)圖像仿真，可有效支撐激光壓制干擾的內(nèi)場(chǎng)仿真試驗(yàn)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

采用532 nm激光輻照IT-CCD的實(shí)驗(yàn)裝置布局如圖1所示。激光器的輸出激光為準(zhǔn)直激光，光斑尺寸約為5 mm。在激光光路上采用一系列可調(diào)固定衰減片實(shí)現(xiàn)激光能量衰減，在此之后激光經(jīng)過(guò)一個(gè)50∶50的分束鏡，其中反射激光進(jìn)入功率計(jì)進(jìn)行功率監(jiān)測(cè)，透射激光直接輻照CCD相機(jī)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)相機(jī)自帶的圖像采集軟件實(shí)時(shí)顯示記錄，可通過(guò)讀取圖像灰度值觀察激光對(duì)CCD的輻照效應(yīng)。

圖1 激光輻照IT-CCD實(shí)驗(yàn)布局示意圖Fig.1 Experimental setup for laser irradiation on ITCCD

本實(shí)驗(yàn)中所采用的相機(jī)型號(hào)為DMK33G618，為行間轉(zhuǎn)移型CCD，其成像芯片為Sony ICX618ALA。CCD的分辨率為640×480，有效像素尺寸為5.6μm×5.6μm，圖像灰度量化等級(jí)為12 bit。CCD的垂直轉(zhuǎn)移周期約為30μs，幀頻為60 frame/s，積分時(shí)間在10~30 s之間調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)中相機(jī)增益設(shè)定為0 d B，積分時(shí)間為10μs。

CCD相機(jī)鏡頭的有效焦距為35 mm，光闌尺寸為25 mm。實(shí)驗(yàn)中為了得到較大的干擾光斑，通過(guò)調(diào)節(jié)鏡頭的位置，使得CCD探測(cè)靶面偏離焦點(diǎn)位置。為了降低背景光的影響，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都在黑暗環(huán)境下進(jìn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，通過(guò)改變固定衰減片來(lái)調(diào)節(jié)激光功率，得到不同條件下的輻照效應(yīng)圖像。當(dāng)進(jìn)入CCD相機(jī)的功率為0.1μW時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2（a）所示。圖中所有像素均未達(dá)到飽和，圖像的灰度峰值為2 722。從圖2（b）可以看出，激光光斑基本呈高斯分布，計(jì)算可得光斑腰斑尺寸為30 pixel，約為0.2 mm（考慮像素尺寸為7μm）。為了消除噪聲的影響，將灰度值小于17的像素點(diǎn)置0，統(tǒng)計(jì)所有像素的灰度值總和為Gall=2 638 554，據(jù)此可以估計(jì)線性響應(yīng)區(qū)域內(nèi)單位灰度值對(duì)應(yīng)的激光功率約為3.8×10-14W，對(duì)應(yīng)的激光功率密度為7.7×10-5mW/cm2，灰度飽和時(shí)的激光功率密度為0.32 mW/cm2。圖2（c）給出的是灰度調(diào)整為［0，25］時(shí)的圖像，可以隱約看到穿越主光斑的串?dāng)_線。串?dāng)_線的存在可以從圖2（d）中得到證實(shí)，圖中的灰度值是對(duì)遠(yuǎn)離光斑的各行灰度求平均值得到的，從圖中可以看出串?dāng)_線的平均灰度值小于1。

圖2 功率為0.1μW時(shí)的串?dāng)_效應(yīng)圖像Fig.2 Images of crosstalk effect with laser power of 0.1 μW

進(jìn)一步提高激光功率，得到典型的串?dāng)_效應(yīng)圖像，如圖3所示。圖3（a）~3（c）的 灰 度 為［0，4 096］，插圖為遠(yuǎn)離主光斑的各行的灰度平均值；圖3（d）~3（f）的灰度為［0，500］，插圖為光斑中心所在列的灰度值。從圖中可以清晰看出，隨著激光功率的增大，串?dāng)_線強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，光斑飽和區(qū)域變大，并且不再呈現(xiàn)高斯分布特性，出現(xiàn)了沿傳輸方向的串?dāng)_。

圖3 不同功率條件下的串?dāng)_效應(yīng)圖像Fig.3 Images of crosstalk effect with different laser powers

綜上所述，串?dāng)_效應(yīng)主要包含兩種形式：一種是串?dāng)_線，其特點(diǎn)是貫穿整個(gè)傳輸列，在圖像未飽和時(shí)也會(huì)出現(xiàn)，灰度值一般未飽和，對(duì)應(yīng)文獻(xiàn)［15］中的第一類(lèi)串?dāng)_；另一種是串?dāng)_光斑，其特點(diǎn)是出現(xiàn)在主光斑附近，只有在主光斑飽和后才會(huì)出現(xiàn)，灰度值一般都已經(jīng)飽和，對(duì)應(yīng)文獻(xiàn)［15］中的第二類(lèi)串?dāng)_。值得注意的是，串?dāng)_線的強(qiáng)度隨光強(qiáng)線性增加［20］。

3 IT-CCD的工作原理及串?dāng)_效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理分析

3.1 IT-CCD的結(jié)構(gòu)和工作原理

IT-CCD的像素結(jié)構(gòu)如圖4所示，其基本結(jié)構(gòu)由感光二極管（Photo Diode，PD）、轉(zhuǎn)移控制柵、垂直CCD寄存器、水平CCD寄存器以及讀出放大器等組成。它們分別完成信號(hào)的產(chǎn)生與積分、讀出轉(zhuǎn)移、垂直轉(zhuǎn)移、水平轉(zhuǎn)移和檢測(cè)等功能。一個(gè)感光二極管和其對(duì)應(yīng)的垂直CCD周期單元構(gòu)成圖像傳感器的一個(gè)像素。各行感光二極管之間，以及垂直CCD和相鄰列感光二極管之間都是由溝阻隔開(kāi)的，但垂直CCD和本列感光二極管之間則是由轉(zhuǎn)移控制柵隔開(kāi)的。

圖4 IT-CCD的像素結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of pixels for IT-CCD

IT-CCD的讀出轉(zhuǎn)移、垂直轉(zhuǎn)移及水平轉(zhuǎn)移和輸出信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系示意圖如圖5所示（彩圖見(jiàn)期刊電子版）。假設(shè)CCD的像元規(guī)模為m×n，即探測(cè)面上有m行和n列有效像素。從圖5中可以看出，當(dāng)感光二極管完成對(duì)入射光的積分后，讀出脈沖驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移控制柵打開(kāi)，信號(hào)電荷被同時(shí)轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)列的垂直CCD中。在經(jīng)歷讀出垂直轉(zhuǎn)移時(shí)間差（trvd）后，垂直脈沖驅(qū)動(dòng)垂直CCD發(fā)生一次轉(zhuǎn)移，在此之后水平脈沖驅(qū)動(dòng)水平CCD發(fā)生一次轉(zhuǎn)移，最后檢測(cè)放大電路將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為水平電壓信號(hào)并輸出。當(dāng)水平CCD在水平圖像時(shí)間（thii）內(nèi)完成n次轉(zhuǎn)移后，再經(jīng)歷水平圖像消隱時(shí)間（thbi），垂直脈沖驅(qū)動(dòng)垂直CCD發(fā)生第2次轉(zhuǎn)移。重復(fù)上述動(dòng)作，當(dāng)垂直CCD經(jīng)歷垂直圖像時(shí)間（tvii）完成m次轉(zhuǎn)移后，進(jìn)入垂直圖像消隱時(shí)間（tvbi），完成一幀圖像的輸出。其中，垂直掃描周期（Tvsp）由一個(gè)垂直圖像時(shí)間和一個(gè)垂直消隱時(shí)間構(gòu)成，水平掃描周期（Thsp）由一個(gè)水平圖像時(shí)間和一個(gè)水平消隱時(shí)間構(gòu)成。當(dāng)不考慮快門(mén)的作用時(shí)間時(shí)，幀周期（Tf）即是相機(jī)的積分時(shí)間（Tint），并且和垂直掃描周期（Tvsp）相等。當(dāng)考慮快門(mén)作用時(shí)（快門(mén)脈沖如圖5中紅色短虛線所示），有效積分時(shí)間為最后一個(gè)快門(mén)脈沖和下一個(gè)讀出轉(zhuǎn)移之間的時(shí)間。

圖5 IT-CCD的時(shí)序示意圖Fig.5 Sketch map of time sequences for IT-CCD

3.2 IT-CCD的串?dāng)_效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和IT-CCD的工作原理，可以將電荷溢出分為兩個(gè)溢出過(guò)程：第一個(gè)溢出過(guò)程為積分周期內(nèi)的溢出，第二個(gè)溢出過(guò)程為讀出轉(zhuǎn)移時(shí)的溢出。前者發(fā)生在光電二極管和對(duì)應(yīng)垂直CCD之間，形成串?dāng)_線；后者發(fā)生在垂直CCD之間，形成串?dāng)_光斑。

串?dāng)_效應(yīng)的具體形成過(guò)程如圖6所示（彩圖見(jiàn)期刊電子版）。圖6給出了5個(gè)典型時(shí)刻的電荷分布情況，每個(gè)時(shí)刻中的左邊列代表感光二極管，右邊列代表垂直傳輸CCD，灰色方塊代表著背景光產(chǎn)生的電荷，紅色圓點(diǎn)代表的是激光產(chǎn)生的電荷。圖6（a）給出的是讀出轉(zhuǎn)移完成時(shí)刻的電荷溢出情況，對(duì)應(yīng)著第二個(gè)溢出過(guò)程，如圖中白色箭頭所示。圖6（b）給出的是積分周期內(nèi)光生電荷量不滿(mǎn)足溢出條件時(shí)的電荷分布情況。圖6（c）~6（e）給出的是積分周期內(nèi)光生電荷量滿(mǎn)足溢出條件時(shí)的電荷分布情況，對(duì)應(yīng)著第一個(gè)溢出過(guò)程，如圖中黑色箭頭所示。由于激光隨時(shí)間均勻照射，而垂直CCD也是周期性地向下移動(dòng)，因此每個(gè)單元得到的電荷數(shù)相等，為一個(gè)水平掃描周期內(nèi)所產(chǎn)生的電荷量。當(dāng)考慮快門(mén)作用時(shí)，快門(mén)脈沖時(shí)刻感光二極管的電荷會(huì)清空，但已經(jīng)溢出到垂直CCD中的電荷卻無(wú)法清空。

圖6 IT-CCD的電荷溢出過(guò)程示意圖（（a）讀出轉(zhuǎn)移完成時(shí)刻；（b）積分周期內(nèi)的第1次垂直轉(zhuǎn)移；（c）積分周期內(nèi)的第s次垂直轉(zhuǎn)移；（d）積分周期內(nèi)的第m-1次垂直轉(zhuǎn)移；（e）積分周期內(nèi)的第m次垂直轉(zhuǎn)移）Fig.6 Sketch map of charge overflowing process for ITCCD（（a）Read-out transfer completion time；（b）The first vertical transfer in the integration cycle；（c）The s-th vertical transfer in the integration cy?cle；（d）The m-1st vertical transfer in the integra?tion cycle；（e）The m-th vertical transfer in the in?tegration cycle）

4 IT-CCD的串?dāng)_效應(yīng)圖像仿真

在前文對(duì)IT-CCD串?dāng)_圖像產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的輻照激光信息和成像CCD參數(shù)，就可以對(duì)串?dāng)_圖像進(jìn)行仿真。具體而言，需要分別完成探測(cè)靶面激光能量分布、光生電荷分布、串?dāng)_電荷分布、以及檢測(cè)電壓分布和灰度量化分布的仿真。

4.1 探測(cè)靶面激光能量分布仿真

激光在探測(cè)靶面上的能量分布特性與入射激光空間特性以及傳輸光學(xué)系統(tǒng)都有著密切的關(guān)系。由于實(shí)驗(yàn)中采用的準(zhǔn)直激光光斑尺寸遠(yuǎn)小于光闌尺寸，因此光闌衍射效應(yīng)可以忽略。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，激光光斑呈現(xiàn)高斯分布特性，因此采用基模高斯光束模型來(lái)分析靶面激光能量分布。準(zhǔn)直激光的腰斑半徑為ω1=2.5 mm，則對(duì)應(yīng)的q參數(shù)為假設(shè)從激光腰斑到鏡頭的距離為l，鏡頭到探測(cè)靶面的距離為l'，鏡頭的有效焦距為F，則從干擾激光腰斑到探測(cè)靶面的變換矩陣為：

根據(jù)式（1）計(jì)算得到探測(cè)靶面的激光的q參數(shù)為：

從式（2）可以看出，經(jīng)過(guò)鏡頭變換后的激光在任意傳輸位置仍然保持高斯分布特性，因此只需要確定光斑半徑即可確定激光能量分布。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到探測(cè)靶面激光的光斑尺寸為0.2 mm，因此在仿真中定義探測(cè)靶面上的激光能量分布為光斑半徑為ω2=0.1 mm的高斯光斑。

4.2 串?dāng)_效應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程仿真

激光作用于CCD探測(cè)靶面時(shí)，感光二極管通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將入射光子轉(zhuǎn)換為光生電荷。在CCD正常成像的過(guò)程中，感光二極管的光生電荷隨著景物的光強(qiáng)線性增加，但在激光輻照情況下，光生電荷量不但不再隨光強(qiáng)線性增加，甚至?xí)Ｖ棺兓?］。本文采用簡(jiǎn)化模型描述光電轉(zhuǎn)換過(guò)程，如圖7所示。當(dāng)入射激光功率較低時(shí)，光生電荷隨著入射激光功率線性增加，對(duì)應(yīng)的量子效率為η1。當(dāng)輸入激光功率超過(guò)線性閾值Pvth時(shí)，光電轉(zhuǎn)換的量子效率降低為η2，此時(shí)的光生電荷量為Qvth。正常成像時(shí)為了保證工作在線性區(qū)，灰度飽和閾值Pgth一般小于線性閾值，對(duì)應(yīng)的光生電荷量為Qgth。而當(dāng)入射激光能量足夠強(qiáng)時(shí)，單像素中的光生電荷量也可能超過(guò)勢(shì)阱容量Qqth，此時(shí)會(huì)發(fā)生電荷溢出，對(duì)應(yīng)的入射激光功率為Pqth。

圖7 感光二極管的光電轉(zhuǎn)換效率曲線Fig.7 Photoelectric conversion efficiency curve of photo?diode

根據(jù)探測(cè)靶面的激光能量分布信息，結(jié)合感光二極管的光電轉(zhuǎn)換規(guī)律，就可以得到光生電荷的分布情況。在此基礎(chǔ)上考慮串?dāng)_的兩個(gè)溢出過(guò)程，可以得到調(diào)整后的串?dāng)_電荷分布。電壓檢測(cè)過(guò)程和灰度量化過(guò)程都采用簡(jiǎn)單的線性模型，只是在灰度量化過(guò)程中需要考慮灰度飽和閾值的影響，因此對(duì)兩者的仿真可以合并為對(duì)灰度量化分布的仿真。

4.3 串?dāng)_效應(yīng)圖像仿真

為了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，在串?dāng)_仿真中IT-CCD的像元規(guī)模、像素尺寸等參數(shù)的設(shè)定均與實(shí)驗(yàn)保持一致。感光二極管的量子轉(zhuǎn)換效率分別為η1=0.6和η2=0.01，對(duì)應(yīng)光電轉(zhuǎn)換飽和點(diǎn)的電荷量Qvth=8 250e-。感光二極管和傳輸CCD的飽和電荷量均設(shè)定為Qqth=9 000e-。檢測(cè)電壓靈敏度為Rqv=1×10-4V/e-，灰度量化的飽和電壓設(shè)定為0.75 V，對(duì)應(yīng)的飽和電荷量Qvth=7 500 e-。光電二極管到垂直CCD單元的溢出效率為0.065%，垂直CCD單元之間的溢出效率為99.9%。根據(jù)上述參數(shù)，對(duì)功率為0.1 μW時(shí)的情況進(jìn)行了仿真，得到的串?dāng)_效應(yīng)圖像如圖8所示。圖像沒(méi)有出現(xiàn)飽和，灰度峰值為2 741。圖中沒(méi)有觀察到串?dāng)_線，因?yàn)橛?jì)算得到的串?dāng)_線灰度值小于0.5，因此在量化過(guò)程中被置為0而無(wú)法體現(xiàn)。

圖8 功率為0.1μW時(shí)串?dāng)_效應(yīng)的仿真圖像Fig.8 Simulated image of crosstalk effect with laser pow?er of 0.1μW

進(jìn)一步對(duì)不同功率下的情況進(jìn)行了仿真，得到的串?dāng)_效應(yīng)圖像如圖9所示，數(shù)據(jù)處理方式與圖3相同。從仿真圖像中可以清晰地看出串?dāng)_線和串?dāng)_光斑的差異。比較圖9和圖3可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是串?dāng)_線的強(qiáng)度還是串?dāng)_光斑的強(qiáng)度，仿真圖像與實(shí)驗(yàn)獲得的圖像都非常接近。對(duì)飽和像元數(shù)和串?dāng)_線強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，結(jié)果如表1所示，在不同功率條件下的仿真相對(duì)誤差均小于40%，說(shuō)明仿真模型具有很高的精度。分析結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)干擾激光功率較低時(shí)，飽和像元數(shù)和串?dāng)_線強(qiáng)度受干擾激光本身的靶面能量分布特性的影響更大，而實(shí)驗(yàn)中的激光特性與高斯光束有較大偏差，這使得在低功率條件下的相對(duì)誤差更大。而當(dāng)干擾激光功率較高時(shí)，飽和像元數(shù)和串?dāng)_線強(qiáng)度受飽和串?dāng)_效應(yīng)的影響更大，因此對(duì)應(yīng)的仿真誤差變小。

表1 仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果Tab.1 Comparison results of simulation data and experi?ment data

圖9 不同激光功率下的串?dāng)_效應(yīng)仿真圖像Fig.9 Simulated images of crosstalk effect with different laser powers

5 結(jié) 論

本文開(kāi)展了激光輻照IT-CCD的串?dāng)_效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)量了CCD的響應(yīng)特性，并計(jì)算得到CCD的飽和閾值為0.32 mW/cm2，比較分析了不同激光功率下的串?dāng)_效應(yīng)圖像特性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)IT-CCD串?dāng)_現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了深入分析。針對(duì)IT-CCD讀出轉(zhuǎn)移、垂直轉(zhuǎn)移及水平轉(zhuǎn)移和輸出信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，將串?dāng)_溢出分為積分周期內(nèi)的溢出和讀出轉(zhuǎn)移時(shí)的溢出兩個(gè)過(guò)程。按照探測(cè)靶面的激光能量分布仿真、光生電荷分布仿真、串?dāng)_電荷分布仿真，以及檢測(cè)電壓分布和灰度量化分布仿真等各個(gè)階段建立了串?dāng)_圖像的仿真模型。利用模型對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，得到了不同功率下的串?dāng)_效應(yīng)圖像，統(tǒng)計(jì)計(jì)算表明，仿真的相對(duì)誤差均小于40%，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。