[實用新型]彩色線陣CCD成像系統

有效

• 申請號: 201220586367.2
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN202907106U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 嚴波;王世勇;徐道際;王永瓊
• 申請（專利權）人: 安徽宏實紫晶光電研究所有限公司
• 主分類號: H04N9/04
• 分類號: H04N9/04;G03B17/12
• 代理公司: 合肥誠興知識產權代理有限公司 34109
• 代理人: 湯茂盛

背景技術

本實用新型涉及彩色線陣CCD相機成像系統，具體涉及物體的R、G、B圖像分量的有效采集技術。

技術背景

彩色CCD內部結構如圖1所示，包含感光二極管陣列，MOS電容陣列，轉移控制柵，CCD移位寄存器，信號輸出單元等構成。

CCD的工作周期分為兩個階段，即光積分階段和電荷轉移階段。在光積分階段，傳感器中感光單元與CCD移位寄存器斷開，不會發生電荷轉移現象。此時，感光單元接收光信號并轉換成電信號，而移位寄存器在信號的驅動下將上一個周期積累的電荷輸出。在電荷轉移階段，感光單元與CCD移位寄存器導通，線陣光積分所得的光生電荷并行地轉移到移位寄存器的電荷勢阱中，再逐位耦合從信號輸出單元輸出。

彩色線陣CCD的成像原理如圖2所示，物體通過鏡頭成像于彩色CCD感光單元。物體在移動過程中，同一位置的R、G、B圖像分量被分別采集，因此物體同一位置的R（紅）、G（綠）、B（藍）圖像分量被采集到的時間不同。圖像處理系統需要依據物體移動速度，對彩色CCD采集到的R、G、B分量信息進行復合，進而還原出物體的圖像。然而物體移動的速度存在不確定性，這將影響圖像處理系統對圖像還原的準確性，最終引起圖像失真。

為解決彩色線陣CCD相機對物體同一位置R、G、B分量成像不同時的問題，本領域的部分技術人員也嘗試用3個CCD傳感器去分別采集物體的R、G、B圖像分量，3CCD彩色線陣相機結構示意如圖3所示。物體同一位置反射的光通過分光鏡組后被分成三部分，分別射向3個彩色CCD傳感器，3個CCD傳感器分別采集物體的R、G、B圖像分量，因此這種結構可以實現對物體同一位置的R、G、B圖像分量的同時采集。然而這種方法結構復雜，對3個CCD的安裝位置要求較高；另外不同的CCD傳感器間存在差異性，也將影響圖像還原的真實性。因此如何設計出一種簡單、可靠、低成本的技術方案，為本領域技術人員所待解決的技術難題。

發明內容

本實用新型的目的就是提供一種彩色線陣CCD成像系統，對物體同一位置R、G、B分量信息同時采集。

為實現上述發明目的，本實用新型采用了以下技術方案：一種彩色線陣CCD成像系統，包括鏡頭、CCD感光單元，其特征在于：鏡頭、CCD感光單元之間設置光柵，物體反射的復合光通過鏡頭到達光柵時產生色散，R、G、B三色被分離且由CCD感光單元接收。

由上述技術方案可知，本實用新型就是利用在鏡頭和CCD之間增加光柵以達到對物體同一位置RGB分量信息同時采集的目的。本實用新型有效地解決了對物體同一位置R、G、B分量信息同時采集，消除了影響圖像還原的真實性的因素，同時本實用新型是一種簡單、可靠、低成本的技術方案。

附圖概述

圖1是彩色CCD內部結構示意圖；

圖2是現有技術中的彩色線陣CCD相機成像原理圖；

圖3是現有技術中3CCD彩色線陣相機結構示意圖；

圖4是本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

結合圖4，本實用新型涉及的彩色線陣CCD成像系統包括鏡頭10、CCD感光單元20，鏡頭10、CCD感光單元20之間設置光柵30，物體反射的復合光通過鏡頭10到達光柵30時產生色散，R、G、B三色被分離且由CCD感光單元20接收。具體講，光源照在物體上，物體反射的復合光通過鏡頭到達光柵時產生色散，R、G、B三色被分離，根據光柵方程dsinθ=mλ，其中d為光柵周期，θ為衍射角，m為衍射級次，λ為光的波長。當光柵周期d一定時，不同波長的光通過光柵時其衍射角不同，CCD感光單元20設置在±1級或m級的衍射級次位置上，設置在±1級可以獲得亮度可靠的感光效果，例如將R、G、B相應的CCD探測器即CCD感光單元20放在+1級的衍射級次上，CCD感光單元便可同時采集到物體同一位置的R、G、B三色分量，三色的感光效果理想。

以下具體說明光柵（30）的設置位置的確定。

光柵（30）設置在CCD感光單元（20）像平面前L距離處，CCD感光單元（20）的R、G、B三條感光單元區之間為等間隔δ，光柵安裝位置L與光柵周期d以及CCD感光單元間距δ之間的關系如下：

當θ<<1時，

δ=L(λ_R-λ_G)/d

或δ=L(λ_G-λ_B)/d。

當然也可以通過改變光柵周期d，去適應CCD感光單元的位置，或者將二者結合起來調節。

所述的R、G、B三色的中心波長取650nm、550nm、450nm，選定光柵（30）的周期為d，選定CCD感光單元（20）的三條感光單元區間距為δ，光柵安裝在距離像平面L處：(或由此可以獲得清晰而亮度適宜的圖像信息，從而可以保證還原圖像的真實性，避免了失真現象的發生。