专利名称：高灵敏度微光ccd摄像机的制作方法
技术领域：
本实用新型属摄像机类，具体地说是一种高灵敏度微光CCD摄像机。
目前，在夜晚或室内弱光、微光下如何取令人满意的图像，多少年来一直是这一专业领域研究的重点。提高摄像灵敏度的方法主要有ICCD、EBCCD(像增强CCD，像增强又分为一代、二代、三代)、Cooled CCD(制冷CCD，制冷又分为液氮制冷和半导体制冷)、Slow Scan CCD(慢扫描CCD，亦即积累型CCD)，制冷CCD及积累CCD在我国一直未予重视开发。七十年代，国外就研制出了第一代像增强器(image intensifier)并成功地用于摄像机，使摄像机的灵敏度达到10-3Lux以下。进入八十年代，第二代(光纤微通道板)像增强器迅速得到发展，使摄像机的灵敏度达到10-4Lux以下。八十年代末九十年代初，美国加得福尼亚州Xybion电子系统公司推出由第三代(砷化镓)像增强器组成的超高灵敏度摄像机，最低照度可达10-6Lux。国内从八十年代初推出由第一代像增强器组成的摄像机之后，发展一直较慢，至今第二代像增强器还不是很成熟。国内一些研究应用单位(如兵工部205所、298厂、559厂、中科院昆明物理所等)推出的第二代高灵敏微光摄像机，所用的二代像增强器主要还是靠进口。本实用新型的目的则是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种积累型的高灵敏度微光CCD摄像机，该摄像机主要用于微弱光情况下的摄像取证。同时也可用于系统外公、检、法的笔迹鉴定取证；天文、军事、科研、化工等领域中静态或亚静态目标的摄像观察及记录。
本实用新型的技术解决方案一种高灵敏度微光CCD摄像机，其特征在于a、积累时间控制视频信号VIDEO从U2(LM1881)2脚输入，经同步分离，从3脚输出场同步信号VD，将VD接至计数器U3:A(74LS393)的输入端1脚，计数起始清0信号R经U7:B(7400)的4脚输入，从U7:A(7400)3脚输出接至计数器U3:A、U3:B，U4:A的清0端2、12、2脚，从U3:A的3、4、5、6脚四个输出端得到T1-T4四个积累时间状态，从U3:B的11、10、9、8脚四个输出端得到T5-T8四个积累时间状态，从U4:A的3、4、5脚三个输出端得到T9-T11三个积累时间状态，将此11个输出端以按键方式分别接至CN7的1脚，与U7:C(7400)的9脚相连，8脚输出至U6:A(74HC123)的输入端1脚，从13脚输出一个积累时间控制信号XJ2送至帧存贮体的时序控制电路；
b、B门控制B门控制按键分别与CN7的5脚与4脚相接，4脚接地，5脚接至U6:B(74HC123)的输入端9脚，从12脚输出B门控制信号XJ1,XJ1送至帧存贮体的时序控制电路；c、定格控制定格控制键接在CN7的2脚和3脚，3脚接地，2脚通过R48与电源VCC相连，定格控制信号D送至帧存贮体的时序控制电路。
本实用新型的优点1、光谱相应宽本设备的光谱响应区域在300-1000nm之间；像增强型设备的光谱响应范围在400-900nm之间，且在长、短波长的两端响应已是很弱。
2、寿命长CCD的寿命长达上万至几万小时，而像增强型摄像机的寿命通常只有2000-3000小时。
3、抗强光能力强CCD摄像头的靶面能经受几百至上千勒克斯的照射，适应工作能力非常强；而像增强器的靶面通常只能经受10勒克斯以下的光照，虽然这类仪器设有防强光保护电路，但在使用过程中仍有严格的要求，它的正常工作范围在10-1--10-3Lux之间。
4、价格低价格问题是所有用户最为关心的难点之一，CCD摄像机正是由于其价格低而受到各方用户的欢迎，本设备的整机价格通常只有国外像增强型摄像机的十分之一左右。
图1是本实用新型积累时间控制、B门控制、定格控制电路电原理图。
图2是本实用新型电原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述如图1所示积累时间控制此电路主要是根据控制键状态，由时间控制电路完成分档控制。本方案将积累时间分为11档，从1/50秒至20秒。
视频信号VIDEO经LM1881进行同步分离后(2脚输入)在3脚得到场同步信号VD，积累时间即是通过对VD的累积计数而得到。将VD送至计数器U3:A(74LS393)的输入端1脚，将读选通信号R作为计数的起始清0。信号送至2脚，当R为高电平时，计数开始，在74LS393的输出端即可得到场频的2分频(T1)，4分频(T2)，8分频(T3)直至211分频(T11)，将此11种状态通过按键方式分别与CN7的1脚连通，经与非门7400送至V6:A(74HC123)的输入端A，即可得到11种时间状态的积累指示信号XJ2。将XJ2送至帧存贮体的时序控制电路，控制存贮器中信号的反复读取。并将此信号经处理后送至CCD传感器的场脉冲驱动电路，控制CCD信号的读取。
B门控制当环境照度很低时，若经11档的积累时间还不能得到满意的图像，即可采用B门控制。当处于B门控制状态时，上述11档积累时间控制将不对B门控制产生影响。B门开关闭合后，CCD立即处于积累状态，第一次轻触B门按键时，(即CN7的4脚与5脚短路一下)、U6:B(74HC123)的输入端A经一个下降沿触发单稳得到XJ1。XJ1送至帧存时序控制电路和CCD传感器场脉冲驱动电路，将CCD信号读出，并存入存贮器，随即CCD又处于积累状态，第二次再轻触B门按键时，经积累后的CCD信号再次被读出，如此反复，只要两次按键的时间合适，即可得到满意的图像。
定格控制当按下定格控制健(即CN7的2、3两脚短路)、D为低电平，此信号送至帧存贮体的时序控制电路，使输出至显示器的信号不被更新，反复读取。此定格状态不受其它任何状态的影响。
如图2所示CCD摄像头的视频输出信号通过P1插座1脚输入至由Q2、Q3组成的视频放大电路，保证A/D输入口有充分幅度的不失真信号，以减少量化噪声。从Q3的集电极输出至Q4的基极，进入由Q4、Q5、Q6组成的箝位电路，以恢复信号的直流分量，使黑电平箝在固定的O电位上，而白电平为全1，箝位后的信号通过R19至CN1插座的2脚送到帧存贮体的A/D口，完成信号的预处理过程。
视频信号另一路通过C88送至LM1881的2脚进行同步分离，从信号中提取行、场同步信号作为时序电路的定时脉冲。从LM18813脚输出的场同步信号送至U3(74LS393)的1脚，用计数方式将积累时间分为11档，图中U3、U4集成块上的T1至T11即为从1/50秒-20秒的积累时间分档控制键状态，这些状态分别送至帧存体的时序控制电路，控制信号的反复读取。
当CCD摄像头完成前端积累以后，输出信号送至上述预处理电路、直接输出至显示器，并同时也将存入帧存器，即又进入下一个积累过程。
在积累期间，预处理后的视频信号通过A/D变换，存入帧存贮器，通过反复读取，D/A变换和视频输出电路(图中由Q7、Q8、Q9组成)通过P2送至显示器，即可在显示器上得到稳定的图像。
权利要求1.一种高灵敏度微光CCD摄像机，其特征在于a、积累时间控制电路视频信号VIDEO从集成块LM1881-2脚输入，经同步分离，从3脚输出场同步信号VD，将VD接至计数器集成块74LS393的输入端1脚，计数起始清0信号R经集成块7400的4脚输入，从3脚输出接至计数器，集成块74LS393-2、-4脚和集成块74LS393-2脚，3、4、5、6脚四个输出端得到T1-T4四个积累时间状态，从11、10、9、8脚四个输出端得到T5-T8四个积累时间状态，从另一集成块74LS393的3、4、5脚三个输出端得到T9-T11三个积累时间状态，将此11个输出端以按键方式分别接至CN7的1脚，与集成块7400的9脚相连，8脚输出至集成块74HC123的输入端1脚，从13脚输出一个积累时间控制信号XJ2送至帧存贮体的时序控制电路；b、B门控制电路B门控制按键分别与CN7的5脚与4脚相接，4脚接地，5脚接至集成块74HC123的输入端9脚，从12脚输出B门控制信号XJ1,XJ1送至帧存贮体的时序控制电路；c、定格控制电路定格控制键接在CN7的2脚和3脚，3脚接地，2脚通过R48与电源VCC相连，定格控制信号D送至帧存贮体的时序控制电路。
专利摘要高灵敏度微光CCD摄像机是利用CCD图像传感器具有的电荷积累特性,改变其读取、转移时序,延长信号在CCD靶面上累积电荷的时间,从而提高静目标和亚静目标的拍摄灵敏度。其积累时间可根据控制键分档控制,同时具有B门控制和定格控制。由于采用了CCD前端积累方式,使信号先积累后转移,大大提高了信噪比。其优点是光谱响应宽、寿命长、抗强光能力强,价格低。主要用于微弱光情况下摄像取证。
文档编号H04N5/225GK2334124SQ9822608
公开日1999年8月18日 申请日期1998年3月3日 优先权日1998年3月3日
发明者钱安平, 王一年, 王晓刚 申请人:国家安全部841研究所