[發(fā)明專利]高幀頻科學(xué)級CCD成像系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106657832A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱波;段永強;王宏;鄭培云
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司61211
• 代理人: 陳廣民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高幀頻科學(xué)級CCD成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

高質(zhì)量的圖像在天文探測、遙測遙感、航空航天等科學(xué)研究領(lǐng)域起著舉足輕重的作用，因此，為了獲取高品質(zhì)圖像，CCD相機充當(dāng)起了至關(guān)重要的角色。但是，目前的CCD相機為了降低讀出噪聲、提高整體性能，讀出速率普遍較低，幀頻往往不超過1fps，遠(yuǎn)不能滿足某些高幀頻應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有的CCD相機讀出速率低的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高幀頻科學(xué)級CCD成像系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種高幀頻科學(xué)級CCD成像系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括CCD探測器和信號處理芯片；

所述信號處理芯片包括主控單元、時序產(chǎn)生單元和圖像處理單元；所述主控單元分別與時序產(chǎn)生單元和圖像處理單元相連；

所述主控單元與外部控制單元相連；所述時序產(chǎn)生單元的輸入端與外部晶體振蕩器相連，時序產(chǎn)生單元的輸出端通過時序驅(qū)動電路與CCD探測器的驅(qū)動信號輸入端相連；

所述CCD探測器包括兩個圖像信號輸出通道，兩個圖像信號輸出通道分別連接運算放大器后再與同一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述圖像處理單元相連。

上述的高幀頻科學(xué)級CCD成像系統(tǒng)還包供電電路；所述供電電路包括電源、低壓差線性穩(wěn)壓器和電壓跟隨器；所述電源與低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端相連，低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端分別與CCD探測器和電壓跟隨器相連，所述電壓跟隨器位于CCD探測器的兩個圖像信號輸出通道上。

上述時序驅(qū)動電路包括5片并聯(lián)的驅(qū)動器；

其中，1片驅(qū)動器作為垂直驅(qū)動電路，用于傳輸幀轉(zhuǎn)信號和行轉(zhuǎn)信號；2片驅(qū)動器作為水平驅(qū)動電路，分別用于傳輸兩個圖像信號輸出通道的像元讀出信號；2片驅(qū)動器作為binning驅(qū)動電路，用于傳輸復(fù)位信號和像元合并信號。

上述圖像處理單元包括圖像緩存模塊和圖像整形模塊；

所述圖像緩存模塊包括兩個交替進(jìn)行圖像讀寫的SRAM存儲器；

所述圖像整形模塊包括與CCD探測器的兩個圖像信號輸出通道相對應(yīng)的FIFO模塊和LIFO模塊；其中，F(xiàn)IFO模塊對圖像的前半行數(shù)據(jù)進(jìn)行順序存儲順序讀出，LIFO模塊對圖像的后半行數(shù)據(jù)進(jìn)行逆序存儲順序讀出。

上述CCD探測器為FTT1010-M，所述驅(qū)動器為LM117。

上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為LM98640。

上述運算放大器為AD844。

上述外部晶體振蕩器為無源晶振或者有源晶振。

本發(fā)明還提供一種高幀頻科學(xué)級CCD成像方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1)系統(tǒng)上電，

2)時序產(chǎn)生單元通過時序控制電路向CCD探測器發(fā)送時序信號，控制CCD探測器連續(xù)采集圖像；

3)CCD探測器通過兩個圖像信號輸出通道分別向兩個運算放大器傳輸模擬圖像信號；

4)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對模擬圖像信號進(jìn)行數(shù)字量化并采集；對圖像進(jìn)行非均勻性校正后傳輸至圖像處理單元；

5)圖像整形模塊對兩路圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行整形；其中，圖像的前半行數(shù)據(jù)順序存入FIFO模塊中，圖像的后半行數(shù)據(jù)逆序存入LIFO模塊中；存儲完一行圖像后，再順序讀取FIFO模塊和LIFO模塊中的圖像數(shù)據(jù)；

6)讀取的圖像數(shù)據(jù)交替存入圖像緩存模塊的兩個SRAM存儲器中，然后交替讀取兩個SRAM存儲器中的圖像數(shù)據(jù)并輸出。

步驟4)中對圖像進(jìn)行非均勻性校正的方法是：先使用串行接口對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所有寄存器進(jìn)行配置，然后對兩個圖像信號輸出通道的圖像進(jìn)行模擬量補償，逐步改變寄存器的值直至整個畫面的非均勻性達(dá)到要求。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明中的CCD探測器采用左右通道同時輸出的方式，將CCD輸出速率最大化。

(2)本發(fā)明采用了改進(jìn)的水平和垂直同時Binning的思路，一方面從設(shè)計上保證了探測精度，另一方面，Binning技術(shù)減少了3/4的數(shù)據(jù)量，可進(jìn)一步提高成像系統(tǒng)的信噪比。

(3)本發(fā)明中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了非均勻性校正，彌補了CCD傳感器兩路圖像輸出通道的差異，進(jìn)一步保證了科學(xué)級成像系統(tǒng)的整體成像質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高幀頻科學(xué)級CCD成像系統(tǒng)的較佳實施例示意圖。

圖2為本發(fā)明較佳實施例的工作時序信號示意圖。

圖3為本發(fā)明較佳實施例的工作時序驅(qū)動電路示意圖。

圖4為本發(fā)明較佳實施例的工作時序流程圖。