一种用于高密电路规避TDICCD谱间串扰的系统及其方法与流程

一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统及其方法
技术领域
1.本发明涉及轨卫星图像规避串扰技术领域，是一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统及其方法。


背景技术：

2.现今，卫星成像已具有多种传感器类型：其中cmos、ccd传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异就是数字传送方式不同。一般而言，ccd传感器的灵敏度，噪声和暗电流性能远高于cmos传感器，其成像质量高，技术成熟度高；cmos传感器则具有成本低、功耗低的优势；因此对于高成像质量的应用场景，ccd仍具备不可替代的优势。因为ccd的读出方式是将电子从像素移动到像素，它们通过传感器一角的读出放大器一个接一个地移出，这样做的最大优点是每个像素都以相同的方式测量，使得单个读出放大器读出过程非常一致，这样就可以生成具有低固定模式噪声和读取噪声的高质量数据，像素中也没有浪费的空间，但其缺点是驱动电路复杂，对隔离度要求极高，一旦处理不好，极容易引进谱段间的串扰。一般对于电路板密度较高的成像设备，谱间串扰都会存在，如何通过不同的驱动方式来规避或者减小谱间串扰，是迫切需要研究的。


技术实现要素：

3.本发明解决tdi ccd的谱间串扰问题，本发明提供了一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统及其方法，本发明提供了以下技术方案：
4.一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统，所述系统包括：时钟管理单元、时钟接口，复位接口、逻辑控制模块、电阻编码码组、通道标识接口、相机下位机、复位控制单元、ccd焦平面组件、视频处理器、tdi ccd电源控制单元、tdi ccd驱动控制单元、视频处理器配置单元、视频处理器数据输出单元、图像数据输出单元、oc接口和通信模块单元；
5.所述时钟管理单元通过时钟接口接入逻辑控制模块所述复位控制单元通过复位接口接入逻辑控制模块，所述ccd焦平面组件通过tdi ccd电源控制单元和tdi ccd驱动控制单元接入逻辑控制模块，所述电阻编码码组通过通道标识接口接入逻辑控制模块，所述相机下位机通过通信模块单元和oc接口接入逻辑控制模块，所述视频处理器通过视频处理器配置单元和视频处理器数据输出单元接入逻辑控制模块，所述逻辑控制模块通过控制图像数据输出单元输出图像数据。
6.优选地，所述逻辑控制模块采用fpga。
7.一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的方法，包括以下步骤：
8.步骤1：通过逻辑控制模块控制时钟管理单元、电阻编码码组和复位控制单元，进行信号同步；
9.步骤2：配置模拟采样点，输出图像；
10.步骤3：调整驱动时序的相位，去除全色谱图像行向和列向规律条纹；
11.步骤4：输出无串扰图像。
12.优选地，所述步骤1具体为：
13.通过时钟管理单元确保系统间数据的同步，进行统一的时钟产生和分配管理；通过所述复位控制单元保证系统间复位同步性，进行同步复位处理；
14.通过所述tdi ccd电源控制单元进行上电控制，对于不同系统间进行错峰上电处理，对于系统内部给ccd分三步上电，以避免单机电路浪涌过大导致突然掉电；
15.通过所述tdi ccd驱动控制单元控制驱动同步输出，p谱和b谱保持固定的相位输出；通过所述视频处理器配置单元将p谱合格b谱单独配置，配置采样点、数据相位、增益偏置参数；将视频处理器输出的串行数据进行串转并处理，并做跨时钟处理；对串转并后的全色和多光谱数据进行缓存，并进行数据拼接组帧整合；
16.通过所述图像数据输出单元将已经拼接好的并行数据按照数据接口协议输出；对输出的数据进行图像采集存储；所述通信模块单元是通过通信软件给相机下位机和ccd焦平面组件发送功能指令，并返回遥测参数。
17.优选地，向所述ccd焦平面组件输出tdi ccd工作所需的全色像素域tdi垂直转移信号，转移时钟，频率同行频，输出全色水平转移信号，复位信号，积分级数控制信号；
18.向所述ccd焦平面组件输出tdi ccd工作所需的多光谱像素域tdi垂直转移信号，转移时钟，输出多光谱水平转移信号,复位信号，binning使能信号，积分级数控制信号。
19.优选地，所述步骤2具体为：
20.步骤2.1：配置模拟采样点，采用反向相关双采样的模式，以减少信号扰动引入的噪声；
21.步骤2.2：配置增益和偏置参数；对不同的抽头单独配置增益以及偏置，在不同光强下，ccd输出的信号均匀线性响应；
22.步骤2.3：配置数据输出模式，采用双端数据输出并行数据；
23.步骤2.4：配置数字信号采样相位，将视频处理器串行输出的数据，做串转并处理；在线调整数据比特位与时钟相位，以实现比特位采样位置的配置；在线调整数据同步字对齐相位，以实现字对齐。
24.优选地，所述步骤3具体为：
25.调整全色谱和多光谱间的水平转移信号相位和复位信号相位，以减少全色谱和多光谱列向串扰，去除全色谱图像列向规律条纹；调整全色谱和多光谱间的垂直转移信号相位和转移时钟相位，以减少全色谱和多光谱行向串扰，去除全色谱图像行向规律条纹。
26.优选地，所述步骤4具体为：
27.将视频处理器配置完成后，输出串行的数字数据，通过逻辑控制模块内部串转并处理，将数据转换为并行数据，将所述并行数据在逻辑控制模块内部进行缓存，按照与下位机指定的数据协议将全色和多光谱拼接成并行数据，通过数据接口以100mhz的频率输出，再通过图像数据输出单元将图像输出。
28.优选地，图像因p谱和b谱水平方向硬件隔离差，存在列向规律条纹，通过变量控制测试法定位，使得b谱水平转移信号对p谱引进的串扰，调整p谱和b谱水平转移信号的相位，以消减b谱对p谱的干扰。
29.优选地，图像因p谱和b谱垂直方向硬件隔离差，存在行向规律条纹，通过变量控制
测试法定位，使得b谱垂直转移信号对p谱引进的串扰，调整p谱和b谱垂直转移信号的相位，以消减b谱对p谱的干扰。
30.本发明具有以下有益效果：
31.本发明采用调整p谱(全色)和b谱(多光谱)水平转移信号的相对相位来减少卫星相机图像的列向条纹，调整p谱(全色)和b谱(多光谱)垂直转移信号的相对相位来减少卫星相机图像的横向条纹。第一，依据tdi ccd手册产生p谱和b谱需要的所有驱动时序，使ccd按照一定的频率正常输出模拟信号；第二，视频处理器对ccd输出的模拟信号进行模数转换，逻辑控制单元对视频处理器输出的串行数据进行串并转换；第三，逻辑控制单元对转换后的并行数据进行缓存，数据拼接整合，输出整合后的数据；第四，用图像采集卡对其进行数据采集，对所采集图像进行数据处理，查看列向均匀性，行向均匀性；第五，调整p谱和b谱驱动信号的相位，重新采集图像，并对其进行处理，直到找到均匀性较好，即无串扰图像的相位。
32.本发明通过对ccd驱动相位的不断调整，规避掉了p谱和b谱间的谱间串扰，实现了卫星图像的无串扰输出，提高了图像均匀性、信噪比、传函等各项指标，试验中采用长光卫星技术有限公司的吉林一号宽幅01a星相机焦面输出的图像，验证了该发明的实用性。
附图说明
33.图1为针对高密电路规避tdi ccd谱间串扰的方法的流程图；
34.图2为针对高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统原理框图；
35.图3为针对高密电路规避tdi ccd谱间串扰的方法调整p谱和b谱驱动信号示意图；
36.图4为针对高密电路规避tdi ccd谱间串扰的方法视频处理器的配置方法图。
具体实施方式
37.以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
38.具体实施例一：
39.根据图1至图4所示，本发明提供一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统及其方法，具体为：
40.一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统，所述系统包括：时钟管理单元、时钟接口，复位接口、逻辑控制模块、电阻编码码组、通道标识接口、相机下位机、复位控制单元、ccd焦平面组件、视频处理器、tdi ccd电源控制单元、tdi ccd驱动控制单元、视频处理器配置单元、视频处理器数据输出单元、图像数据输出单元、oc接口和通信模块单元；
41.所述时钟管理单元通过时钟接口接入逻辑控制模块所述复位控制单元通过复位接口接入逻辑控制模块，所述ccd焦平面组件通过tdi ccd电源控制单元和tdi ccd驱动控制单元接入逻辑控制模块，所述电阻编码码组通过通道标识接口接入逻辑控制模块，所述相机下位机通过通信模块单元和oc接口接入逻辑控制模块，所述视频处理器通过视频处理器配置单元和视频处理器数据输出单元接入逻辑控制模块，所述逻辑控制模块通过控制图像数据输出单元输出图像数据。所述逻辑控制模块采用fpga。
42.本发明提供一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的方法，包括以下步骤：
43.步骤1：通过逻辑控制模块控制时钟管理单元、电阻编码码组和复位控制单元，进
行信号同步；
44.所述步骤1具体为：
45.通过时钟管理单元确保系统间数据的同步，进行统一的时钟产生和分配管理；通过所述复位控制单元保证系统间复位同步性，进行同步复位处理；
46.通过所述tdi ccd电源控制单元进行上电控制，对于不同系统间进行错峰上电处理，对于系统内部给ccd分三步上电，以避免单机电路浪涌过大导致突然掉电；
47.通过所述tdi ccd驱动控制单元控制驱动同步输出，p谱和b谱保持固定的相位输出；通过所述视频处理器配置单元将p谱合格b谱单独配置，配置采样点、数据相位、增益偏置参数；将视频处理器输出的串行数据进行串转并处理，并做跨时钟处理；对串转并后的全色和多光谱数据进行缓存，并进行数据拼接组帧整合；
48.通过所述图像数据输出单元将已经拼接好的并行数据按照数据接口协议输出；对输出的数据进行图像采集存储；所述通信模块单元是通过通信软件给相机下位机和ccd焦平面组件发送功能指令，并返回遥测参数。
49.优选地，向所述ccd焦平面组件输出tdi ccd工作所需的全色像素域tdi垂直转移信号，转移时钟，频率同行频，输出全色水平转移信号，复位信号，积分级数控制信号；
50.向所述ccd焦平面组件输出tdi ccd工作所需的多光谱像素域tdi垂直转移信号，转移时钟，输出多光谱水平转移信号,复位信号，binning使能信号，积分级数控制信号。
51.步骤2：配置模拟采样点，输出图像；
52.所述步骤2具体为：
53.步骤2.1：配置模拟采样点，采用反向相关双采样的模式，以减少信号扰动引入的噪声；
54.步骤2.2：配置增益和偏置参数；对不同的抽头单独配置增益以及偏置，在不同光强下，ccd输出的信号均匀线性响应；
55.步骤2.3：配置数据输出模式，采用双端数据输出并行数据；
56.步骤2.4：配置数字信号采样相位，将视频处理器串行输出的数据，做串转并处理；在线调整数据比特位与时钟相位，以实现比特位采样位置的配置；在线调整数据同步字对齐相位，以实现字对齐。
57.步骤3：调整驱动时序的相位，去除全色谱图像行向和列向规律条纹；
58.所述步骤3具体为：
59.调整全色谱和多光谱间的水平转移信号相位和复位信号相位，以减少全色谱和多光谱列向串扰，去除全色谱图像列向规律条纹；调整全色谱和多光谱间的垂直转移信号相位和转移时钟相位，以减少全色谱和多光谱行向串扰，去除全色谱图像行向规律条纹。
60.步骤4：输出无串扰图像。
61.所述步骤4具体为：
62.将视频处理器配置完成后，输出串行的数字数据，通过逻辑控制模块内部串转并处理，将数据转换为并行数据，将所述并行数据在逻辑控制模块内部进行缓存，按照与下位机指定的数据协议将全色和多光谱拼接成并行数据，通过数据接口以100mhz的频率输出，再通过图像数据输出单元将图像输出。
63.优选地，图像因p谱和b谱水平方向硬件隔离差，存在列向规律条纹，通过变量控制
测试法定位，使得b谱水平转移信号对p谱引进的串扰，调整p谱和b谱水平转移信号的相位，以消减b谱对p谱的干扰。
64.优选地，图像因p谱和b谱垂直方向硬件隔离差，存在行向规律条纹，通过变量控制测试法定位，使得b谱垂直转移信号对p谱引进的串扰，调整p谱和b谱垂直转移信号的相位，以消减b谱对p谱的干扰。
65.具体实施例二：
66.输出驱动时序；参见附图2，本发明的一种针对高密电路规避tdi ccd谱间串扰的方法所述的输出驱动时序包括以下两部分：
67.向ccd输出tdi ccd工作所需的全色像素域tdi垂直转移信号，转移时钟，频率同行频，输出全色水平转移信号，复位信号，积分级数控制信号；
68.向ccd输出tdi ccd工作所需的多光谱像素域tdi垂直转移信号，转移时钟，输出多光谱水平转移信号,复位信号，binning使能信号，积分级数控制信号等；
69.输出图像；
70.a、输出tdi ccd模拟信号；写好tdi ccd的驱动时序后，通过通信部件发送ccd上电指令，焦面收到该指令后，分三步上电，上电完成后同时向外输出所有驱动信号，ccd向视频处理器输出模拟信号；
71.b、配置视频处理器；参见图4，通过sdata、sl、sck三线对视频处理器进行三线配置，配置方式采用串行接口配置，配置的格式包括8bit地址、12bit数据、4bit通道选择，其中4bit通道选择，此款视频处理器是双通道输出数据；
72.i)配置模拟采样点：
73.在设计中，采用相关双采样的方式，通过三线接口对视频处理器进行采样点配置，包括复位电平采样位置shp、信号电平位置shd；
74.ii)配置增益、偏置等参数：
75.在设计中，采用分通道独立配置的方式，通过三线接口对视频处理器进行增益偏置的配置，以确保图像抽头间的均匀性；
76.iii)配置数据输出模式
77.在设计中，通过三线接口对视频处理器进行数据输出模式的配置，包括单通道输出、双通道输出，在本设计中采用双通道输出数据；
78.iv)配置数字信号采样相位：
79.在设计中，通过三线接口对视频处理器进行数字信号采样相位的配置，第一步对视频处理器输出的时钟和数据之间的相位进行调整，直到找到稳定的采样区间，第二步，对视频处理器输出的数据字的第一比特和视频处理器的主频时钟相位进行配置，此寄存器用于确定字对齐的位置；
80.v)输出图像
81.将视频处理器配置完成后，就输出串行的数字数据，通过逻辑控制单元内部串转并处理，将数据转换为并行数据，将该并行数据在逻辑控制单元内部进行缓存，按照与下位机指定的数据协议将全色和多光谱拼接成并行数据，通过数据接口以100mhz的频率输出，再通过图像采集设备将图像输出；
82.vi)调整驱动时序相位：
83.在设计中，图像因为p谱和b谱水平方向硬件隔离较差，存在列向规律条纹，通过变量控制测试法定位，是b谱水平转移信号对p谱引进的串扰，调整p谱和b谱水平转移信号的相位，以消减b谱对p谱的干扰程度；
84.在设计中，图像同样因为p谱和b谱垂直方向硬件隔离较差，存在行向规律条纹，通过变量控制测试法定位，是b谱垂直转移信号对p谱引进的串扰，调整p谱和b谱垂直转移信号的相位，以消减b谱对p谱的干扰程度；
85.调整驱动的时序相位后，重复步骤三种的所有步骤，输出无串扰图像；
86.本实施方式中，采用数据处理软件对调整驱动时序前后的图像分别进行处理，调整前图像存在明显的列向明暗条纹，行向4行规律横纹，调整后两种规律条纹消失，证明该发明的实用性。
87.以上所述仅是一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统及其方法的优选实施方式，一种用于高密电路规避tdi ccd谱间串扰的系统及其方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。