[發明專利]一種CCD高速信號采集方法和裝置

有效

• 申請號: 202011189922.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112383726B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 范賢光;李星;許英杰;王昕;顏曉梅
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H04N5/372
• 分類號: H04N5/372
• 代理公司: 黑龍江立超同創知識產權代理有限責任公司 23217
• 代理人: 王大為

一種CCD高速信號采集方法和裝置，屬于CCD高速信號采集技術領域，用以解決CCD高速采樣時傳統電荷清零方法清零時間過長且無法捕捉到有效信號的問題。本發明針對CCD高速采樣時全靶面電荷難以清零的問題，提出了采用先檢測有效靶面，確定光信號占用的靶面行數，再對靶面進行單行單列獨特的清零方式，單次清零所花時間極短，根據采樣間隔的時間執行對應次數的清零，不會因為單次清零時間過長導致錯過采樣信號，可以做到在高速采樣的同時對靶面電荷最大程度的清零。

技術領域

本發明涉及CCD高速信號采集技術領域，具體涉及一種CCD高速信號采集方法和裝置。

技術背景

CCD是指電荷耦合器件，是一種用電荷量表示信號大小，用耦合方式傳輸信號的探測元件，具有自掃描、感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量輕、系統噪聲低、功耗小、壽命長、可靠性高等一系列優點，并可做成集成度非常高的組合件。CCD的用法通常包括以下兩種：第一種是作為video拍照使用；第二種是利用FVB(full vertical binning)技術，將面陣CCD作為線陣使用。第一種用法作為video拍照使用時，如果是在高幀速的情況下可能會出像素點電荷誤差過大，從而導致圖像不清晰的問題；第二種用法存在的問題是過長的電荷清零時間會導致高速采集與電荷有效清零的互斥，從而必須舍棄一項才能正常使用。因此，在CCD高速采樣時如何既能夠確保高幀速的采樣率，又能夠有效清除曝光區域暗電流電荷是一個亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上問題，本發明提出一種CCD高速信號采集方法和裝置，用以解決CCD高速采樣時傳統電荷清零方法清零時間過長且無法捕捉到有效信號的問題。

根據本發明一方面，提出一種CCD高速信號采集方法，該方法包括以下步驟，

步驟一、將待測光信號粗調節位置，使待測光信號完整的投射至CCD圖像傳感器的靶面區域；

步驟二、進行靶面調節，檢測有效靶面，確定待測光信號占用的有效靶面行數；

步驟三、進行靶面電荷清零，包括對靶面上電荷首先執行單行垂直轉移，然后執行單列水平讀出的循環清零操作；

步驟四、根據有效靶面行數、曝光時間和外部觸發條件進行有效信號采集。

進一步地，步驟二中通過上下調整CCD位置使待測光信號處于靶面最下方，記錄待測光信號占用靶面的有效行數即為有效靶面行數。

進一步地，步驟三中對有效靶面上電荷首先執行單行垂直轉移，然后執行單列水平讀出的循環清零操作的具體步驟包括，首先執行第一次垂直移位操作，使所有靶面電荷向下移位一行，接著執行第一次水平讀出操作，即將水平寄存器的數據向外移動讀出一個，使水平寄存器清空一個數據位；然后執行第二次垂直移位操作，接著再次執行水平讀出操作，……，循環執行上述操作，直至外部觸發結束清零。

進一步地，步驟三中所述電荷包括無效光電荷和暗電流電荷。

進一步地，所述方法通過FPGA產生對應的多路并行控制時序以驅動CCD工作進行信號采集，其中，CCD工作模式包括Video圖像模式和Binning裝箱模式。

根據本發明另一方面，提出一種CCD高速信號采集裝置，包括，

信號獲取模塊，用于將待測光信號粗調節位置，使待測光信號完整的投射至CCD圖像傳感器的靶面區域；

靶面調節模塊，用于進行靶面調節，檢測有效靶面，確定待測光信號占用的有效靶面行數；

靶面電荷清零模塊，用于進行靶面電荷清零，包括對靶面上電荷首先執行單行垂直轉移，然后執行單列水平讀出的循環清零操作；其中，所述電荷包括無效光電荷和暗電流電荷；

信號采集模塊，用于根據有效靶面行數、曝光時間和外部觸發條件進行有效信號采集。