专利名称：Tdi-ccd相机实时像移数字补偿系统及补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种相机像移数字补偿系统及补偿方法，具体涉及一种TDI-C⑶相机实时像移数字补偿系统及补偿方法。
背景技术：
TDI-CXD是目前微光场景下应用的核心探测器之一。与普通线列CXD相比， TDI-CCD利用时间延时积分技术，在扫描方向上排列级探测象元构成级TDI-CCD。在第一曝光积分周期内收集到的信号电荷并不直接输出，而是同垂直方向上的其它级信号电荷累加，从最后一级串行输出。累加后的N级相关信号输出幅度为单级的N倍，而各级噪声不相关叠加后为单级的7 倍，从而将信噪比提高到单级探测器的力 倍。在叠加N级相关信号的过程中，当信号电荷在相邻电荷寄存器中的转移时间和相邻象元到达同一视场的时间不一致时，相互累加的信号就不是单级探测器信号的N倍，从而产生了积分方向上的像移。实际应用中，光学系统的像差、振动、偏航等都会引起像移。而同一型号探测器信号电荷在相邻寄存器中的转移时间是固定值，推扫速度与之不匹配是造成TDI器件在积分方向产生像移的最主要因素。针对TDI-CCD在积分方向上的像移，常用的补偿方式有光机补偿法、电子学补偿法以及图像补偿法。光机补偿法是从相机的姿态方面加以校正，对控制精度要求较高，需要在设计前期对相机的像移有较准确的预测；电子学补偿法对实时性要求较高，常用的自适应运动图像模糊算法没有充分利用已知条件，硬件实现比较困难；图像补偿法由于缺乏实时性，得不到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TDI-CCD实时像移数字补偿系统和补偿方法，在充分利用推扫速度和信号电荷转移速度比的先决条件下，在采集数据的过程中，由上位机经USB 发送控制参数，来选择数字补偿系统中HR滤波器对获取的每列像元像素进行滤波，实时补偿TDI器件在积分方向的像移。假定L级TDI-CCD固有的信号电荷在相邻电荷寄存器中的转移时间为单位时间量 t，速度匹配情况下L*t时间后累加输出的信号电荷被采样为y(n) =1>乂11)，其中乂11)表示第η个像元产生的灰度值；y (η)表示L级积分后产生的灰度值；当推扫速度不匹配造成扫描方向上相邻两行探测器到达同一视场的时间为M*t (Μ为正整数，M兴L)，累加后得到的像素灰度值为y ‘ (η) = χ (η) +χ (η_Μ) +......+χ (η-Μ* (L-I))从而造成每行图像均产生像移。根据上述情况，从y' (η)中复原χ(η)是像移补偿的关键。本发明中像移补偿的技术方案为对上式两边作Z变换，得到
权利要求
1.一种TDI-C⑶像移实时补偿系统，它包括TDI-C⑶探测器驱动采集板、带有像移补偿控制和采集软件的上位机，其特征在于所述的TDI-C⑶探测器驱动采集板中的FPGA固化速度比从1到30实现的像移补偿模块，构造状态机的方式等待上位机发送不同的速度比来选择；所述的上位机中的TDI-CCD像移补偿控制和采集软件经由USB发送积分级数和推扫速度比参数，实时控制相机驱动采集板中探测器控制和像移补偿模块；USB连接线连接探测器驱动采集板和上位机，负责两者的数据交换；系统的TDI-C⑶探测器驱动采集板将接收到的模拟信号放大后，进行A/D转换，转换后的数字信号格式编排后，传送至探测器驱动板中的像移补偿模块，补偿的参数由上位机中的像移补偿控制和采集软件控制，补偿后的数字信号经USB上传至上位机。
2.一种基于权利要求1所述系统的TDI-CCD像移数字补偿方法，其特征在于包括以下步骤51、在已知推扫速度和电荷转移速度的前提下，采用无限冲击响应滤波器的模式，设置 IIR滤波器的初值，开辟缓冲区存放行像元固定时刻以前的像素值；52、探测器输出数据串行输入补偿模块，将数据扩充为适于硬件计算的格式；53、根据HR滤波器的硬件结构，将输入像移后的数据和此时刻之前的像移数据、恢复像移后的数据进行硬件定点加减运算，得到像元当前时刻补偿像移后的数值；54、保存此像元像移补偿前后的值，更新缓冲区，存储并及时更新像元缓冲区的值，保证UR滤波器可以以流水线的结构实现；55、输入相邻下一像元的像移灰度值，按S2、S3步骤恢复出像移图像。
3.根据权利要求2所述的一种基于权利要求1所述系统的TDI-CCD像移数字补偿方法，其特征在于所述步骤S3中的硬件定点加减法运算采用防止溢出和提高运算精度的扩充位数的有符号定点数。
全文摘要
本发明公开一种TDI-CCD的实时数字像移补偿系统及其补偿方法。本发明提出的像移数字补偿方法充分利用了推扫速度和TDI-CCD电荷转移速度比值的先决条件，从积分方向像移产生的机理反演推导出像移补偿的IIR滤波器形式。结合IIR滤波器的硬件结构，采用流水线的方式实现了采集过程中数字像移补偿的实时系统。考虑到硬件中数字像移补偿模块中包含加减运算，在计算过程中采用扩充位数的有符号数来防止数据溢出和提高运算精度。本系统由TDI-CCD、光机系统、探测器驱动采集板、USB接口设备和上位机像移补偿控制和采集软件组成，通过补偿前后的图像进行对比，证明本方法和系统对积分方向的像移能够实现实时补偿。
文档编号H04N5/232GK102158651SQ20111007131
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者李建林, 林长青, 潘胜达, 赵明 申请人:中国科学院上海技术物理研究所