[發明專利]抗暈光面陣CCD圖像傳感器

無效

• 申請號: 200710018244.2
• 申請日: 2007-07-11
• 公開（公告）號: CN101159822A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 王健;高勇;雷志勇;高嵩;郭全民;張志文;曾輝
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 程曉霞

技術領域

本發明涉及CCD圖像傳感器，主要涉及面陣CCD圖像傳感器，具體講就是一種新型抗暈光面陣CCD圖像傳感器。

背景技術

汽車夜間會車時，由于駕駛員眼睛會受對面車燈強光的刺激，此時駕駛員根本無法看清自己的行車路線，只能憑感覺和經驗進行駕駛，此時所產生的這種暈光現象可能會導致嚴重的交通事故，從而造成車毀人亡的嚴重后果。

在大型的生產車間，仍然需要采用電弧焊機進行人工焊接，電弧焊機在焊接時產生的強烈弧光會對焊接操作人員的眼睛造成極大的傷害，同時由于弧光產生的暈光現象，也影響操作人員的視覺效果，從而也間接的影響了產品的焊接質量。

另外，在軍事、交通、公安、消防等眾多應用領域，也迫切需要解決普通CCD圖像傳感器的暈光問題。所以研究CCD圖像傳感器的抗暈光技術，具有十分重大的社會意義和經濟價值。

汽車夜間行車時的景物，其光照強度分布極為特殊。圖2為車燈前10cm處與光軸垂直的平面上水平位移與照度關系實際測量數據，圖1為水平位移與照度關系曲線圖。人們一直在尋求汽車夜間行車暈光問題的解決方法。

為消除暈光現象，各國學者均在尋求最佳解決方案。目前消除暈光現象的方法有兩種：

被動夜視紅外成像技術，是利用紅外熱像儀只對紅外線敏感，而對可見光不敏感的特性，依靠目標本身發出的紅外輻射實現圖像采集功能。圖3(a)和圖3(b)均為采用紅外熱像儀拍攝的汽車夜間行車圖片。圖中刺眼的車前大燈燈光消失了，同時也分辨不出車的行駛方向了。所以采用紅外成像技術其優點是可以有效消除了暈光現象，但缺點是成本高，圖像質量差。

另一種是采用面陣CCD圖像傳感器排洪技術消除暈光。

普通CCD圖像傳感器由于受動態范圍的限制，高亮度靜止圖像會出現開花現象，活動圖像會出現拖彗尾現象。新型FIT式CCD在電荷存儲單元旁邊設置有“排洪”場效應管，適當地調整場效應管的柵極電位，可以將高亮度點的多余電荷排出存儲勢阱，以便消除“暈光”現象。

以普通型面陣CCD圖像傳感器DL32為例，如圖4所示，其結構為N型表面溝道、三相三層多晶硅電極、幀轉移型面陣器件。主要由像敏區、存儲區、水平移位寄存器和輸出電路等四部分構成，其結構是像敏區、存儲區、水平移位存儲器依次相連接，與水平移位存儲器連接的是輸出電路，輸出電路又由輸出柵、信號通道放大器和補償放大器構成。DL32型面陣CCD圖像傳感器采用隔行掃描模式，即一幀圖像由奇、偶兩場組成。奇數場是CR_VA2電極為高電平，CR_VA1和CR_VA3為低電平，與CR_VA2電極連接的256×320個像敏單元處于同-光積分時間；偶數場是CR_VA3電極為高電平，CR_VA2與CR_VA1為低電平，與CR_VA3電極連接的256×320個像敏單元處于同一光積分時間。所以DL32型面陣CCD圖像傳感器的這種結構就決定了無法實現每個像敏單元光積分時間的單獨設定。

盡管CCD傳感器是目前應用最廣泛的圖像傳感器，但當景物中明暗部分亮度相差較大時，由于受其動態范圍的限制，CCD圖像傳感器將無法獲得滿意的圖像。因若將CCD傳感器光積分時間縮短，則圖像中景物亮度較暗部分的圖像將丟失；若將CCD傳感器光積分時間延長，則圖像中景物較亮部分將發生暈光現象。這兩種情況下輸出的圖像信號，利用圖像處理軟件也是無法還原的。

因此，面陣CCD圖像傳感器采用排洪技術消除暈光，由于所有CCD電荷存儲單元旁邊設置的“排洪”場效應管柵極電位完全相同，對于汽車夜間行車時的景物，為了能得到景物中光線較暗部分的圖像信息，CCD圖像傳感器光積分時間必然要長一些，這樣勢必會使CCD圖像傳感器上與強光對應的所有像敏單元的勢阱均產生飽和溢出，排洪法排掉的正好是這些像敏單元有用的圖像信息，而勢阱內留下的滿勢阱電荷由于無法反映車燈暈光處景物的圖像信息，是沒有價值的。

本發明項目組對國內外專利文獻和公開發表的期刊論文檢索，再尚未發現與本發明密切相關和一樣的報道或文獻。

發明內容

本發明的目的是克服上述技術或儀器存在的缺點，提供一種對每個像敏單元光積分時間單獨設定，可根據其光照強度合理的設置光積分時間，這樣面陣CCD圖像傳感器像敏單元勢阱內的電荷不會因飽和而產生溢出，徹底消除暈光，并能清晰顯示背景的抗暈光面陣CCD圖像傳感器。

下面對本發明進行詳細說明