专利名称：采用感应电荷积累实现面阵ccd快速驱动的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，属于光电成像技术领域。
背景技术：
面阵CCD器件的像元排列为一个平面，它是包含若干行和列的结合，一般来说，对于面阵CCD图像传感器有三种最普通的结构形式:(1)行间转移式:又称为隔列转移式，结构上采用光敏区与遮光转移区相间排列方式。在光电荷读出时，两列之间的掩膜存储区域用来存储光电荷包，而新生成的光电荷包开始在没有掩膜的列中生成积累，遮光区存储单元和感光单元一一对应。当曝光时间结束后，感光区上的信息被迅速转移到对应的遮光存储单元内，然后感光区像素单元复位，准备下一次曝光。(2)帧转移式:由光敏区、存储区、水平读出区三部分组成。在存储区及水平读出区表面均由铝层覆盖，以实现光遮蔽。光敏区由并行排列的若干电荷耦合沟道组成，各沟道间之间用沟阻隔开，水平电极横贯各沟道。光敏区与存储区的结构和单元数都相同，而且每一列都是相互衔接贯通的。每当光积分周期结束时，在垂直驱动脉冲的作用下，光敏区中代表一帧图像信息的光电荷快速垂直转移到存储区中各自对应的存储单元中，称为帧转移。完成帧转移后，在读出时钟脉冲和存储时钟脉冲的作用下，存储区内的电荷以平移的方式向下移动，逐行进入读出寄存器。然后再读出寄存器中沿水平方向移动，最后经输出电路输出。当第一场读出的同时，第二场信息通过光积分又收集到势阱中。一旦第一场信息被全部读出，第二场信息随之传送给寄存器，使之连续地读出。这种结构可在高帧速下操作，就是说光积分与帧转移可以同时进行。(3)全帧式:其最大的特点是不再像行间转移和帧转移式CCD具有和感光单元对应的掩膜存储单兀，只有光敏区和读出寄存器，结构与巾贞转移中的结构相同。光敏区完成光积分后，光电荷包直接垂直转移到水平读出寄存器。由于不存在光电荷的存储过程，所以帧转移不能与光积分同步进行，当CCD面阵比较大的时候，为了在读出光电荷时遮蔽已经捕捉到的图像，防止产生拖尾现象,都需要外加机械快门来遮蔽入射光。面阵CXD在曝光瞬间就能获得整幅图像信息，且生成的每幅图像都符合中心投影规律，随着技术的不断进步，面阵CCD的发展趋势主要有以下几个方面:1、分辨率提高；2、帧频要求高；3、信噪比要求高。面对面阵CXD的发展趋势，如何在现有面阵CXD成像系统的基础上实现面阵CXD的性能拓展，如在进行动态物象捕捉搜索应用中，面阵CCD往往会因为帧速低、信噪比不满足要求而无法实现高速动态画面的成像，因此如何使面阵CCD具有高速、高信噪比的成像能力，对于提升面阵CCD及相应的成像应用具有非常重要的意义。中国授权公告号为CN101562685的专利“一种快速传输C⑶感应电荷的驱动方法”需要对CCD结构中的驱动电极连接方式进行修改，属于器件结构的改进，需要在工艺制造中完成，难以大范围实现；中国授权公告号为CN101790025的专利“基于交替变频驱动技术的无电子快门CCD积分时间调节方法”主要用于无电子快门的CCD，并且对于面阵CCD使用变频驱动技术，结构复杂，且需要编写相关的软件实现其应用；中国授权公告号为CN102055915的专利“帧转移CXD短曝光时间的驱动时序实现方法”对成像区积累的电荷进行了多次转移，容易引入噪声，造成信噪比的不稳定；而且此方法主要针对帧转移结构，对于面阵CXD中的行间转移结构和全帧结构适用性不强。
发明内容
本发明的目的:为了解决现有技术中面阵CCD无法实现或需要应用快门技术才能实现高速动态画面成像的问题，提供一种采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法。本发明采取的技术方案:根据成像系统模式要求进行模式设定的初始阶段:普通模式下面阵CCD以标准帧频输出图像；快速模式下通过参数设置调整驱动时序，使面阵CCD采用感应电荷积累技术实现高帧频输出图像，帧频与成像系统要求相适应，在一定范围内可根据成像条件进行调节。采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法:将面阵CCD积分期生成的感应电荷在传递过程中根据预置模式参数进行积累，从而实现高帧频、高信噪比的图像快速输出，具体实现步骤如下:步骤1:根据成像环境、成像要求以及成像系统的工作条件进行模式参数的合理设置。步骤2:将设置的模式参数装载到面阵CCD驱动结构中，使面阵CCD驱动结构生成与模式匹配的驱动时序；步骤3:在驱动时序控制下面阵C⑶开始工作；面阵C⑶开始积分，产生感应电荷；面阵CCD在连续输出无效信号后，开始第一次进入积分期，接收图像光信号，产生感应电荷。步骤4:面阵CCD积分期结束，通过时序控制将一帧信号产生的感应电荷转移到存储区；步骤5:面阵CCD开始接收光信号，开始下一帧积分；面阵CCD光敏区重新开始下一积分期，接收图像光信号，产生感应电荷。步骤6:暂存在存储区的前一帧图像的感应电荷，在时序控制下开始逐行向水平移位寄存器转移；步骤7:根据模式参数进行感应电荷积累；根据预置模式参数在水平移位寄存器中进行图像感应电荷的积累过程，具体积累过程取决于参数设置；步骤8:水平移位寄存器在时序控制下将积累完成的一行图像的感应电荷输出；步骤9:根据配置的模式参数重复步骤7至步骤8的操作直到一帧图像的感应电荷全部输出；步骤10:重复步骤3至步骤9的操作直到下一帧图像的感应电荷全部输出若假设某标准视频制式垂直方向行数为N ;水平线周期为Th ;某预定快速模式积累参数为m ;则某预定快速模式帧频与某标准视频制式帧频关系可近似表示成如下关系式:
权利要求
1.一种采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤1:按照成像系统工作条件设置面阵CCD模式参数； 步骤2:将设置的模式参数装载到面阵CCD驱动结构中，使面阵CCD驱动结构生成与模式匹配的驱动时序； 步骤3:在驱动时序控制下面阵CCD开始工作；面阵CCD开始积分，产生感应电荷； 步骤4:面阵CCD积分期结束，通过时序控制将一帧信号产生的感应电荷转移到存储区； 步骤5:面阵CCD开始接收光信号，开始下一帧积分； 步骤6:暂存在存储区的前一帧图像的感应电荷，在时序控制下开始逐行向水平移位寄存器转移； 步骤7:根据模式参数进行感应电荷积累； 步骤8:水平移位寄存器在时序控制下将积累完成的一行图像的感应电荷输出； 步骤9:根据配置的模式参数重复步骤7至步骤8的操作直到一帧图像的感应电荷全部输出； 步骤10:重复从步骤3至步骤9的操作直到下一帧图像的感应电荷全部输出。
2.根据权利要求1所述的采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，其特征是，步骤3中，面阵CCD在连续输出无效信号后，开始第一次进入积分期，接收图像光信号，产生感应电荷。
3.根据权利要求1所述的采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，其特征是，步骤5中，面阵CCD光敏区重新开始下一积分期，接收图像光信号，产生感应电荷。
4.根据权利要求1所述的采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，其特征是，一个面阵CXD图像完整的帧周期划包括帧正程期与帧逆程期。
5.根据权利要求4所述的采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，其特征是，在帧正程期，面阵CCD感光单元进行图像积分，与此同时，暂存在存储区的前一帧图像的感应电荷开始向水平移位寄存器转移，发生感应电荷积累并开始行输出，在帧正程期完成前一中贞图像感应电荷全部输出。
6.根据权利要求4所述的采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，其特征是，所述帧正程期结束，帧逆程期开始，此时CCD并不进行积分，当前图像产生的感应电荷在驱动时序控制下全部转移到存储区，转移完成后开始下一帧图像的正程期，如此完成一帧图像输出。
全文摘要
本发明公开了一种采用感应电荷积累实现面阵CCD快速驱动的方法，包括1根据成像要求进行模式参数设置；2产生面阵CCD驱动时序；3面阵CCD进入积分期，产生感应电荷；4积分期结束，感应电荷转移到存储区；5面阵CCD进入下一个积分期；6感应电荷转移到水平移位寄存器；7根据设定参数重复上一步操作进行感应电荷积累；8水平移位寄存器输出一行感应电荷；9根据设定参数重复上一步操作直到一帧图像的感应电荷全部输出；10重复步骤4到步骤9开始下一帧图像输出。本发明使面阵CCD在外部成像环境变化的情况下通过模式参数设置，实现面阵CCD感应电荷快速输出，能够极大的拓展面阵CCD的光适应范围。
文档编号H04N5/372GK103108138SQ20131006203
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者刘庆飞, 邹继鑫, 张猛蛟, 戴放 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心