[發明專利]空間行間轉移面陣CCD相機漏光現象實時消除裝置

無效

• 申請號: 201110272780.1
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102316283A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 張宇;任建岳
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H04N5/359
• 分類號: H04N5/359;H04N5/235
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術領域

本發明屬于空間相機技術領域，涉及一種空間相機的漏光實時消除裝置。

背景技術

隨著航空航天技術的飛速發展，大面陣畫幅式CCD相機以其高分辨率，大視場的優勢成為航空航天相機的主要發展方向。在幾種面陣CCD結構中，行間轉移面陣CCD具有無拖影，轉移速率快，擁有電子快門功能等特點，特別適合于目標捕獲與識別，資源勘查，地質測繪等工作，但是在行間轉移面陣CCD工作期間，會產生漏光現象，對成像質量造成影響。

漏光是當CCD圖像傳感器傳輸信號電荷時發生的一種噪聲，也是面陣CCD圖像傳感器特有的噪聲。當拍攝對象中含有高亮度的光線或太陽光時容易出現漏光，在圖像中表現為高亮度的部分上下方可看見線狀或帶狀白色的噪聲。漏光出現在高亮度拍攝對象的上下方向，其形成原因是：強光照射到攝影區域中的像素時會發生漏光電荷，漏光電荷與垂直CCD傳輸的信號電荷混合在一起。由于有效信號電荷轉移完畢的空白的垂直CCD中，殘留著持續發生的漏光電荷，這些漏光電荷與后續幀有效信號電荷混合，結果導致連續幀內漏光出現在攝影區域的上、下方，從而形成線狀或帶狀的漏光噪聲，看起來像垂直拉出的線條。行間轉移面陣CCD漏光產生的主要原因包括：

1、從光電二極管開口入射的光，不僅有入射角度與表面垂直的成分。由于光具有波動的性質，通過開口的光具有擴散的能力，即使在讀出柵極附近邊緣或是相反側，也會進行少量的光電轉換。此處發生的電子，沿著光電二極管與垂直CCD之間的電勢分布進入垂直CCD，成為漏光電荷。

2、在光電二極管的開口邊緣，即Si基板表面等不同折射率的邊界處進行反射、散射的光進入垂直CCD，此處產生的電荷也會導致漏光。

3、在掩埋型光電二極管的表面，P+區域發生的電子在表面擴散，漏往相鄰垂直CCD的電荷也會導致漏光。

4、由于垂直CCD進行遮光的AL薄膜有缺陷，漏入的光線也會導致漏光發生。

目前常用的漏光抑制方法有：

一、調節電子快門信號時序

漏光現象的嚴重程度取決于CCD的曝光時間，曝光時間越長，高亮度目標區域的信號電荷越多，漏光現象越嚴重。通過輻射定標實驗，尋找漏光現象出現時的高亮度目標對應的數碼值作為參考值，調節電子快門信號，使圖像輸出的數碼值保持在低于參考值的情況下，從而達到抑制漏光現象的目的。具體電子快門調節方法流程見圖1：CCD成像器件輸出的模擬信號經過視頻AD芯片量化后送入圖像處理模塊；圖像處理模塊計算每幀圖像灰度均值，并將其與參考值進行比較，再根據比較結果給出反饋信號；圖像處理模塊輸出的反饋信號一路送入驅動信號控制單元，以改變空間相機電子快門數量，一路送入視頻AD芯片以調整增益。

針對空間相機所處的特殊環境，圖像處理模塊根據每幀圖像灰度均值與參考值的比較結果給出反饋信號，控制電子快門信號時序，以調整積分時間控制CCD光敏單元曝光度，當圖像灰度均值接近參考值，而繼續調整電子快門檔位將超出參考值引起超調震蕩時，通過增益調整，使灰度均值滿足參考范圍。通過增益控制，可以減少電子快門檔位調整時可能產生的超調震蕩。調節電子快門的方法可以有效緩解漏光現象，但是不能單純依靠電子快門方法，過低降低圖像灰度，會影響相機動態范圍，降低信噪比。

二、后續數字圖像處理方法

在圖像中完全消除漏光信號的影響，只能通過后續數字圖像處理的方法，目前常用的數字圖像處理方法是通過主要是在目標檢測之后剔除虛假目標時，采用去除目標拖尾上的虛假目標來實現。步驟1：對于輸入圖像F的每一列，計算每列圖像的灰度平均值。步驟2：對于圖像F的每一個像素，按公式1計算出消除漏光后的圖像灰度矩陣g(i，j)。