[發(fā)明專利]一種APS星敏感器動態(tài)曝光時間調(diào)整方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410838397.1
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104567864A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘紅軍;楊孟飛;楊君;盧欣;王龍;李曉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種APS星敏感器動態(tài)曝光時間調(diào)整方法，適用于空間飛行器用恒星敏感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

星敏感器是一種光學(xué)成像式敏感器，用于空間姿態(tài)的高精度測量。星敏感器在軌工作時，采用敏感器視場恒星光電成像與局域天區(qū)或全天球星圖匹配的方法，確定星敏感器光軸在慣性空間的指向，利用敏感器本體坐標系和衛(wèi)星姿態(tài)坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定衛(wèi)星姿態(tài)。星敏感器具有高精度、高可靠性等特點，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、飛船及導(dǎo)彈等飛行器平臺上。

目前眾多衛(wèi)星平臺都需要具有在軌機動能力，衛(wèi)星在機動時最大的特點就是具有較大的機動角速度，在大角速度下有效快速輸出姿態(tài)是星敏感器一個重要技術(shù)指標。星敏感器動態(tài)性能的提升最有效的方法就是調(diào)整曝光時間，減小星像在星圖上的拖尾。在不同角速度條件下，星敏感器需要具有動態(tài)調(diào)整曝光時間的能力，并且在動態(tài)調(diào)整曝光時間的同時，需要盡可能快的輸出有效姿態(tài)信息。

現(xiàn)有動態(tài)曝光時間調(diào)整技術(shù)中，當(dāng)接收到曝光時間調(diào)整信號，先讀出當(dāng)前幀圖像數(shù)據(jù)，再打斷當(dāng)前的曝光流水，進行重新曝光。曝光結(jié)束后，再對圖像數(shù)據(jù)進行讀出，進入新曝光時間檔位。該方法的缺點是曝光流水會打斷，需要重新進行曝光，即在接收到曝光時間調(diào)整信號后，至少需要2幀圖像時間才能得到新曝光時間下圖像數(shù)據(jù)，如果曝光時間很長，則會嚴重影響星敏感器的數(shù)據(jù)更新率。

另一種動態(tài)曝光時間調(diào)整技術(shù)如《基于自適應(yīng)曝光的CMOS圖像傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)》(作者：陸堯，姚素英，徐江濤；出處：光電子.激光)等文獻所述，提出了一種基于3T結(jié)構(gòu)的圖像傳感器動態(tài)調(diào)整曝光時間方法，該方法設(shè)置了兩組復(fù)位寄存器，用于記錄調(diào)整曝光時間。該方法的缺點是只能設(shè)置小于65ms的曝光時間調(diào)整范圍，曝光調(diào)整時固有延時需要一幀圖像時間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性和不足，結(jié)合4T圖像傳感器特點，提出了一種APS星敏感器動態(tài)曝光時間調(diào)整方法，可以實現(xiàn)多檔曝光時間的無縫動態(tài)調(diào)整，在曝光時間動態(tài)調(diào)整時不打斷曝光流水，減小了曝光時間調(diào)整過程中數(shù)據(jù)讀出時間間隔，達到動態(tài)調(diào)整曝光時間時的快速姿態(tài)輸出要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種APS星敏感器動態(tài)曝光時間調(diào)整方法，步驟如下：

1)設(shè)4T圖像傳感器面陣大小為M×M，以讀出一行的時間T?us為基礎(chǔ)曝光單位；

2)在FPGA內(nèi)部設(shè)置曝光時間檔位寄存器register_IT，并設(shè)置N檔曝光時間，N為正整數(shù)；

3)根據(jù)處理器寫入的新曝光時間檔位，確定相應(yīng)的曝光調(diào)整公式，計算獲得曝光空閑行數(shù)和讀出空閑行數(shù)，在一行時間內(nèi)，通過打開關(guān)閉像素電荷轉(zhuǎn)移開關(guān)，控制讀出和曝光操作，曝光在空閑行時，不執(zhí)行曝光操作，讀出在空閑行時，不執(zhí)行讀出操作；空閑行曝光完成后，進入新曝光時間檔位卷簾曝光流水，完成新曝光時間檔位設(shè)置；

所述確定相應(yīng)的曝光調(diào)整公式的具體方法為：設(shè)當(dāng)前曝光時間檔位為old_integration_time，新曝光時間檔位為new_integration_time，則曝光時間變化分為兩大類，一類為曝光時間增加，一類為曝光時間減?。黄毓鈺r間增加又細分為兩種情況，一種是old_integration_time<M×T，另一種是old_integration_time≥M×T；當(dāng)為第一種情況曝光時間增加，即

old_integration_time<M×T時，新檔位下讀出空閑行數(shù)Read_dummy_line＝base_expo(n)+add_expo(n)-base_expo(m)+10，新檔位下曝光空閑行數(shù)Reset_dummy_line＝10；當(dāng)為第二種情況曝光時間增加，即

old_integration_time≥M×T時，新檔位下讀出空閑行數(shù)Read_dummy_line＝base_expo(n)+add_expo(n)-base_expo(m)+10，新檔位下曝光空閑行數(shù)Reset_dummy_line＝10，第二幀新檔位下曝光空閑行數(shù)