[發(fā)明專利]用于對(duì)CCD圖像傳感器進(jìn)行超長積分時(shí)間控制的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710329660.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN107071310B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁世順;周建勇;陳紅兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所
• 主分類號(hào): H04N5/353
• 分類號(hào): H04N5/353;H04N5/372
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CCD圖像傳感器控制技術(shù)，尤其涉及一種用于對(duì)CCD圖像傳感器進(jìn)行超長積分時(shí)間控制的方法。

背景技術(shù)

在天文觀測中，由于某些星體的亮度較暗，很難直接對(duì)其進(jìn)行觀測，因此只能用成像手段對(duì)星體所在區(qū)域進(jìn)行成像后，通過圖像來觀測這些星體，并且在成像時(shí)，成像裝置需要進(jìn)行長時(shí)間的曝光操作，否則就難以饋積到足夠的光信號(hào)。

相比于其他成像技術(shù)，CCD圖像傳感器因其具備諸多優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用最為廣泛的成像技術(shù)之一，但是，在將CCD圖像傳感器用于亮度較暗星體成像時(shí)，卻出現(xiàn)了如下的問題：

目前，大多數(shù)以CCD作為成像手段的相機(jī)的積分時(shí)間一般都低于1秒，積分時(shí)間超過1秒的，一般稱為長時(shí)間積分，在將CCD圖像傳感器作長時(shí)間積分應(yīng)用時(shí)，其積分時(shí)間一般也不會(huì)超過10秒，而天文觀測領(lǐng)域中，有時(shí)需要進(jìn)行較長時(shí)間的曝光操作才能饋積到足以使星體顯示在圖像上的光信號(hào)(一般采用膠卷相機(jī)實(shí)現(xiàn))，現(xiàn)有技術(shù)中，鮮有將CCD圖像傳感器作超長積分時(shí)間(即積分時(shí)間大于10秒)應(yīng)用的情況，其中的難點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)，其一，CCD圖像傳感器輸出的圖像信號(hào)需由圖像采集裝置(如常見的圖像采集卡)進(jìn)行采集后才能由上位機(jī)進(jìn)行處理，采集過程中，圖像采集裝置和CCD圖像傳感器之間需要進(jìn)行幀同步判別操作，幀同步判別操作過程中，圖像采集裝置內(nèi)置的計(jì)數(shù)器需要通過計(jì)數(shù)方式對(duì)CCD圖像傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行幀同步判別操作，目前的圖像采集裝置的計(jì)數(shù)時(shí)長最多也只能適配于長時(shí)間積分操作的時(shí)間長度，一種簡單的思路是，將CCD圖像傳感器的積分時(shí)間調(diào)節(jié)到超長積分時(shí)間，同時(shí)也將圖像采集裝置的計(jì)數(shù)時(shí)長調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)的時(shí)間長度，但是，由于超長積分時(shí)間的時(shí)間長度特別大，進(jìn)行如此長時(shí)間的幀同步判別操作會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器出現(xiàn)大量的計(jì)數(shù)冗余，其二，CCD圖像傳感器積分過程中存在暗信號(hào)，經(jīng)過超長積分時(shí)間的積分操作后，其內(nèi)部會(huì)堆積大量的暗信號(hào)，從而導(dǎo)致有效信號(hào)被湮沒，成像失敗。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種用于對(duì)CCD圖像傳感器進(jìn)行超長積分時(shí)間控制的方法，所涉及的硬件包括全幀轉(zhuǎn)移CCD、控制電路、信號(hào)處理電路、圖像采集裝置、快門和上位機(jī)；所述全幀轉(zhuǎn)移CCD包括多個(gè)感光像元、垂直轉(zhuǎn)移區(qū)和水平轉(zhuǎn)移區(qū)；所述垂直轉(zhuǎn)移區(qū)能將各個(gè)感光像元內(nèi)的信號(hào)讀出至水平轉(zhuǎn)移區(qū)；所述水平轉(zhuǎn)移區(qū)能將信號(hào)讀出至信號(hào)處理電路；所述信號(hào)處理電路能對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并將處理結(jié)果傳輸至圖像采集裝置，所述圖像采集裝置能將采集到的信號(hào)傳輸至上位機(jī)；所述快門用于控制感光像元的感光時(shí)間；所述控制電路用于控制垂直轉(zhuǎn)移區(qū)、水平轉(zhuǎn)移區(qū)、信號(hào)處理電路和快門的動(dòng)作；其創(chuàng)新在于：所述方法包括：

以n秒為幀周期，n小于或等于10；水平轉(zhuǎn)移區(qū)和信號(hào)處理電路工作時(shí)，均按所述幀周期連續(xù)工作；

垂直轉(zhuǎn)移區(qū)不工作時(shí)，由水平轉(zhuǎn)移區(qū)讀出的信號(hào)記為無效信號(hào)，信號(hào)處理電路對(duì)無效信號(hào)進(jìn)行處理后得到的信號(hào)記為無效幀信號(hào)；

垂直轉(zhuǎn)移區(qū)工作時(shí)，從垂直轉(zhuǎn)移區(qū)讀出至水平轉(zhuǎn)移區(qū)的信號(hào)記為有效信號(hào)；信號(hào)處理電路對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行處理后得到的信號(hào)記為有效幀信號(hào)；

信號(hào)處理電路在向圖像采集裝置輸出信號(hào)時(shí)，還同時(shí)向圖像采集裝置輸出一圖像輔助數(shù)據(jù)，當(dāng)圖像輔助數(shù)據(jù)的狀態(tài)為有效時(shí)，圖像采集裝置將收到的信號(hào)識(shí)別為有效幀信號(hào)，當(dāng)圖像輔助數(shù)據(jù)的狀態(tài)為無效時(shí)，圖像采集裝置將收到的信號(hào)識(shí)別為無效幀信號(hào)；

對(duì)于有效幀信號(hào)，圖像采集裝置對(duì)有效幀信號(hào)進(jìn)行處理后將處理結(jié)果傳輸至上位機(jī)；對(duì)于無效幀信號(hào)，圖像采集裝置對(duì)無效幀信號(hào)進(jìn)行處理后將處理結(jié)果直接舍棄；

快門關(guān)閉時(shí)，感光像元閑置；快門開啟時(shí)，感光像元進(jìn)行光積分操作；單次光積分操作的時(shí)長記為積分時(shí)間，單個(gè)積分時(shí)間的時(shí)間長度為所述幀周期的整數(shù)倍；

收到成像命令后，1)控制電路控制快門開啟，同時(shí)，控制電路控制水平轉(zhuǎn)移區(qū)和信號(hào)處理電路開始工作，同時(shí)，控制電路控制信號(hào)處理電路將相應(yīng)的圖像輔助數(shù)據(jù)設(shè)置為無效狀態(tài)，同時(shí)，控制電路控制垂直轉(zhuǎn)移區(qū)不工作；

2)當(dāng)快門開啟時(shí)間達(dá)到單次光積分操作的時(shí)長時(shí)，控制電路控制快門關(guān)閉，然后，控制電路控制垂直轉(zhuǎn)移區(qū)開始工作；當(dāng)有效信號(hào)傳輸至信號(hào)處理電路時(shí)，控制電路控制信號(hào)處理電路將相應(yīng)的圖像輔助數(shù)據(jù)設(shè)置為有效狀態(tài)；

3)當(dāng)垂直轉(zhuǎn)移區(qū)的工作時(shí)長達(dá)到一個(gè)幀周期的時(shí)間長度后，控制電路控制垂直轉(zhuǎn)移區(qū)停止工作；待圖像采集裝置將有效幀信號(hào)全部處理完畢并傳輸至上位機(jī)后，控制電路控制信號(hào)處理電路將相應(yīng)的圖像輔助數(shù)據(jù)設(shè)置為無效狀態(tài)；然后，控制電路控制快門重新開啟，返回步驟2)。