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为了研究电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）中电荷载流子倍增（CCM）结构的输出概率分布及其对图像均匀性的影响，建立了EMCCD中CCM结构的概率模型，利用概率生成函数（PGF）推导了多级CCM倍增结构的输出概率密度函数（PDF），讨论了PDF在提高图像均匀性中的应用。仿真及实验结果表明：当输入信号一定时，输出图像均匀性随倍增增益的增加而逐渐变差；当倍增增益一定时，输入信号越大则输出图像均匀性越差。因此，EMCCD在微光探测条件下图像均匀性较好，且适当地降低倍增增益有利于提高输出图像的均匀性。