[發明專利]快速高精度電子倍增CCD自動增益系統及方法

有效

• 申請號: 201210107482.1
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102769723A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 何偉基;陸震熙;陳錢;顧國華;張聞文;錢惟賢;隋修寶;屈惠明;柏連發;張毅;路東明;于雪蓮
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于針對高速實時電子倍增CCD微光成像系統特點提出的一種快速高精度的電子倍增CCD自動增益控制技術，特別是一種快速高精度電子倍增CCD自動增益系統及方法。

背景技術

電子倍增CCD是采用了電子倍增技術的CCD，所謂電子倍增技術是指信號在傳送到讀出寄存器前經過采用特殊技術的增益寄存器獲得電荷倍增的技術。由于電子倍增CCD對信號進行電荷級別的放大，與普通CCD相比有更高的靈敏度，可以在低照度下清晰成像。目前以電子倍增CCD為核心的電子倍增CCD成像系統在微光監視、航天探測微弱星光、航空及水下探測、復雜設備內部檢測、醫學和生物等重要國民經濟領域得到越來越廣泛的應用，應用前景非常廣泛。

成像質量的好壞對電子倍增CCD成像系統是至關重要，對于電子倍增CCD成像系統曝光強度的調整，可以通過改變曝光時間，也可以通過信號增益G來實現。但在高速成像系統中，曝光時間受到幀頻的限制，如1800幀的高速相機，曝光時間最長就不能超過1/1800s；在某些對系統幀頻有特殊要求的情況下，實際的曝光時間可能很短，調整曝光時間就無法滿足幀頻的需要，這時候就需要通過自動增益技術調整增益值G來得到高質量的圖像。

目前，在普通CCD成像系統中有相關的技術來實現增益的控制，但電子倍增CCD成像系統中的增益控制技術還不太成熟。同時電子倍增CCD成像系統的工作環境、成像特點與普通CCD成像系統有很大的區別，針對電子倍增CCD的成像特點，對成像質量的衡量標準需做修正。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速高精度電子倍增CCD自動增益系統及方法，針對高速實時電子倍增CCD微光成像系統，通過AD芯片采集實時圖像信號，運用FPGA芯片對圖像信號進行快速計算分析得到最佳的增益調整值，由得到的增益值調整電子倍增CCD倍增極上的電壓值，實現對不同場景的自動增益，提高成像質量。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種快速高精度電子倍增CCD自動增益系統，由EMCCD芯片、AD數據采集芯片、FPGA芯片、圖像輸出電路、增益電阻查找表以及時序電平轉化電路組成，其中所述的EMCCD芯片、AD數據采集芯片、FPGA芯片、圖像輸出電路依次相連，該FPGA芯片與時序電平轉化電路相連，該時序電平轉化電路與EMCCD芯片相連；EMCCD芯片將采集到的圖像信息以模擬信號形式傳輸給AD采集芯片，該AD采集芯片將模擬圖像信號轉化為數字圖像信號傳輸給FPGA芯片，該FPGA芯片接收到數字圖像信號后進行實時計算得出下一步調整所需的增益值，將增益值傳送給增益電阻查找表，FPGA芯片還產生AD采集芯片所需的采樣信號以及配置信號，同時產生圖像輸出電路所需的數字圖像信號，以及驅動EMCCD芯片的時序信號；圖像輸出電路輸出系統采集到的圖像信號；增益對照表在接收到FPGA芯片的增益值后，轉化為倍增電路中的電阻值，調整系統的倍增值；時序電平轉化電路接收FPGA芯片產生的時序信號以及增益對照表傳輸的增倍電路電阻值，調整加載到EMCCD芯片端的驅動信號時序與信號電壓值來實現增益的自動調節。