线列型红外焦平面的读出方法
【专利摘要】本发明公开了一种线列型红外焦平面的数字化读出方法，该方法包括：步骤A：在像元级完成像元信号的数字化；步骤B：数字化的数据构成延迟存储结构；步骤C：将相邻两个像元间的数字信号进行累加后输出给下一个像元；步骤D：将步骤C中的连续的多个两两累加结构级联起来，并通过像元内多级时间延迟积分像元构成时间延迟积分结构。通过利用中速模数变换器技术和时间延迟积分技术相结合，实现了线列型红外焦平面的片上数字化，同时大幅提高红外焦平面器件的性能。
【专利说明】线列型红外焦平面的读出方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外焦平面【技术领域】，尤其涉及一种线列型红外焦平面的读出方法。【背景技术】
[0002]红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于预警探测、情报侦察、毁伤效果评估以及农牧业、森林资源的调查、气象预报，地热分布、地震、火山活动，太空天文探测等领域。跨入21世纪以来，红外焦平面阵列技术飞速发展。
[0003]目前红外焦平面正向超高密度集成、高性能、小型化以及智能化等方向发展，而传统的处理方式是通过固定的读出频率将像元的模拟信号读出，同时，按照同样的读出频率用一个片外的单片ADC对读出来的模拟信号进行模数转换，从而实现像元信息的数字化，以方便接下来的算法处理等。但是该种方式随着红外焦平面规模的不断增大，会对ADC的转换速率提出非常高的要求，同时在电路板级传输过程中，也会对模拟信号带来一定的干扰，从而降低信号的信噪比。
【发明内容】
[0004]鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种线列型红外焦平面的读出方法，用以解决现有技术中红外焦平面规模增大会对ADC的转换速率提出非常高的要求，实现红外焦平面器件的数字化输出。
[0005]本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种线列型红外焦平面的数字化读出方法，该方法包括:
[0007]步骤A:在像元级完成像元信号的数字化；
[0008]步骤B:数字化的数据构成延迟存储结构；
[0009]步骤C:将相邻两个像元间的数字信号进行累加后输出给下一个像元；
[0010]步骤D:将步骤C中的连续的多个两两累加结构级联起来，并通过像元内多级时间延迟积分像元构成时间延迟积分结构。
[0011]优选地，步骤A是基于电荷包计数的小面积像元级的中速模数变换器。
[0012]优选地，步骤C具体包括:每一个像元累加上一个像元的数据，并将累加后的值输出给下一个像元进一步累加。
[0013]优选地，步骤D是在数字信号上进行时间延迟积分的计算。
[0014]本发明有益效果如下:
[0015]本发明提供的一种线列型红外焦平面的读出方法，利用中速模数变换器(ADC，Analog Digital Converter)技术和时间延迟积分(TDI, time delays integral)技术相结合，实现了线列型红外焦平面的片上数字化，同时大幅提高红外焦平面器件的性能。
[0016]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的线列型红外焦平面的读出方法的流程图；
[0018]图2为本发明的数字化输出的线列型红外焦平面读出电路的整体结构；
[0019]图3为本发明的单个像元完成数字化以及延迟存储的结构。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
[0021]本发明提供了一种线列型红外焦平面的读出方法，参见图1，将中速模数变换器(ADC, anolog digital convertor)技术和时间延迟积分(TDI, time delays integral)技术相结合，实现了线列型红外焦平面的片上数字化，同时大幅提高红外焦平面器件的性能。
[0022]该方法包括:
[0023]步骤A:在像元级完成像元信号的数字化；
[0024]其中，该步骤是基于电荷包计数的小面积像元级的ADC。
[0025]步骤B:数字化的数据构成延迟存储结构；
[0026]步骤C:将相邻两个像元间的数字信号进行累加后输出给下一个像元；如图3中所示，积分信号统一控制三个延迟存储单元的数据推移和ADC的数据转换。当积分信号有效时，ADC开始数据转换，当积分信号失效时，ADC转换完成，数据叠加在累加输入数据上加载到第一级延迟存储单元。第二级延迟存储单元加载第一级延迟存储单元的数据，如此继续，第三级延迟存储单元的数据加载到下一个像元的累加输入端。
[0027]该步骤具体包括:每一个像元累加上一个像元的数据，并将累加后的值输出给下一个像元进一步累加。
[0028]本发明实施例通过将相邻像元间的数字信号进行两两累加后输出，从而构成TDI的流水线结构，所有像元的数据按照TDI算法要求全部累加在一起，同时不占用大量的数据缓冲区。
[0029]步骤D:将步骤C中的连续的多个两两累加结构级联起来，并通过像元内多级时间延迟积分像元构成TDI结构，两两累加级联实现流水线结构，从而完成TDI数据输出。如图2中所示，所有的参与TDI的像元受同一个积分信号控制，每一个积分信号来临，完成一次TDI累加输出。然后外部控制电路在适当的时间给出使能信号使得相应的TDI数据列将数据输出到数据总线上。
[0030]步骤D的TDI的算法是在数字信号基础上完成的，替代了传统的模拟信号延迟累加完成TDI算法，从而提高了系统的信噪比。
[0031 ] 且步骤D是将步骤C中的两两累加结构起来使用，从而构成TDI的流水线结构，所有像元的数据按照TDI算法要求全部累加在一起，同时不占用大量的数据缓冲区。
[0032]下面以一个具体的例子以对本发明进一步说明，参见图2和3。
[0033]步骤A,设计基于电荷包计数的小面积像元级ADC (ADC, Analog to DigitalConverter)0 TDI中的所有像元使用同样的ADC结构。使用像元级ADC的最大的作用就是降低了焦平面数字化中对于ADC的转换速率的要求，同时满足红外焦平面高信噪比的特点。
[0034]步骤B，设计ADC输出数据后的延迟存储结构，延迟存储级数根据具体的需求来定，由于数据延迟存储结构由数字存储，所以随着CMOS工艺的进一步发展，该延迟存储结构所占用的面积相比模拟存储而言会越来越小；
[0035]步骤C，设计相邻像元间的ADC累加架构，实现相邻像元间的信号累加；
[0036]该步骤具体包括:数字化后的数据累加方式是通过相邻像元的累加来完成，最后一个像元输出最终数据。由于红外焦平面高信噪比的需求使得数字化后的数据位数比较多，通过相邻像元间的累加，直接避免了大量数据走线造成的数据延迟和面积等一系列问题，对于数字域TDI有着非常重要的作用
[0037]步骤D,设计多级TDI (TDI, time delays integral)像元构成TDI结构。设计需要考虑的内容包括，每个ADC的转换控制信号、每个像元间的累加同步信号以及整体连接到数据总线上的方法等。
[0038]本发明中该步骤具体包括:将多级TDI像元构成流水线结构。流水线结构使得TDI通过面积换时间的有效性得到实现，在保证高信噪比的情况下，大大提高了数据输出速率。
[0039]综上所述，本发明提供的一种线列型红外焦平面的读出方法，利用中速模数变换器技术和时间延迟积分技术相结合，实现了线列型红外焦平面的片上数字化，同时大幅提高红外焦平面器件的性能。
[0040]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种线列型红外焦平面的读出方法，其特征在于，包括:步骤A:在像元级完成像元信号的数字化；步骤B:数字化的数据构成延迟存储结构；步骤C:将相邻两个像元间的数字信号进行累加后输出给下一个像元；步骤D:将步骤C中的连续的多个两两累加结构级联起来，并通过像元内多级时间延迟积分像元构成时间延迟积分结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A是基于电荷包计数的小面积像元级的中速模数变换器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C具体包括:每一个像元累加上一个像元的数据，并将累加后的值输出给下一个像元进一步累加。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D是在数字信号上进行时间延迟积分的计算。
【文档编号】G01J5/02GK103439004SQ201310363068
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】尹士畅, 喻松林, 于艳 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所