[發明專利]消除抖動的數字累加器及抖動消除方法

有效

• 申請號: 202110647368.7
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113422916B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 聶凱明;劉憬衡;高志遠;高靜;徐江濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04N5/268
• 分類號: H04N5/268;H04N5/353
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及微光圖像傳感器領域，為解決由機械振動產生的一系列圖像抖動問題，提出一種抖動檢測與消除的電路結構，本發明，包括檢測電路與補償電路，檢測電路的電路結構是一個具有反饋功能的循環移位電路，補償電路由數個D觸發器串聯構成，上一級的D觸發器數據輸出端連接下一級D觸發器的數據輸入端，如此連接構成一個移位寄存器環，所有的D觸發器時鐘信號CP連接在一起并且與檢測電路的Shifter_input相連接；兩行像素感知的模擬量通過模數轉換器量化，一并傳入到檢測電路中，檢測電路輸出到補償電路中進行反向移位，本發明主要應用于微光圖像傳感器設計制造場合。

技術領域

本發明涉及微光圖像傳感器領域，基于時間延時積分(Time Delay Integration，TDI)的一種抖動消除的數字累加器結構。

背景技術

微光夜視成像技術是在月光、星光等一些光線微弱的環境下，通過光電轉換的方式來克服人眼在低照度條件下難以觀測的劣勢，將肉眼看不見的圖像信息進行圖像增強處理，轉化為適合人眼觀察的圖像的技術。

微光成像技術在軍事、醫療、科學探測等領域有著非常重要的應用，微光成像需要將人眼不可見的亮度由圖像傳感器來感知出來，TDI技術圖像傳感器可以很好地解決這個問題。互補金屬氧化物半導體-時間延時積分(CMOS-TDI)圖像傳感器的工作原理：TDI技術通過多行像素對同一目標進行多次曝光并累加輸出，進而在不降低掃描速度的前提下等效延長光信號積分時間，提升了高速、低光照條件下線陣圖像傳感器的成像質量。TDI像素陣列類似于面陣圖像傳感器，但成像方式卻是線陣掃描。它的列數(跨軌方向)等效為線陣的長度X個像素，行(沿軌方向)數為延遲積分的級數Y(即累加級數)。因此這很好地感知到微光范圍內的圖像。雖然在工業應用中，可以精確控制物體與傳感器的相對運動，可以保證高質量的成像。但是，在諸如衛星的遠程成像系統中，飛行穩定性有時受到由柔性內部部件或外部環境引起的振動的影響。軌道上的衛星有時會受到隨機干擾的影響。尤其是對于跨軌方向上的振動，會使真實的累加路徑發生改變，這將極大的削減圖像質量。根據現有衛星的開放數據，如NASA/GSFC的LANDSAT-4和ESA的OLYMPUS衛星，隨機擾動包含大量的諧波振動(正弦波)，其頻率集中在500赫茲。太陽能電池板調諧引起的主諧波振動約為1-2.2Hz。當改變轉速時，反作用輪(動量輪)也在100-200Hz處產生諧振。電動機和電動泵在數百赫茲時產生另一種諧波振動。噴射爆炸，指向控制，航天器軌道運動，姿態變化以及地球的旋轉誤差也對干擾有貢獻。在遠程時間延遲積分成像系統中，上述振動將導致相機的移動不再穩定，按照傳統的時間延遲積分的累加方式產生的圖像，會有模糊和失真。

發明內容

為克服現有技術的不足，解決由機械振動產生的一系列圖像抖動問題，本發明旨在提出一種抖動檢測與消除的電路結構，首先檢測出抖動量的數值，最后通過檢測出的抖動量來消除抖動。為此，本發明采取的技術方案是，數字累加器及抖動消除方法，步驟如下：

步驟(1)、通過兩行檢測像素來檢測橫向抖動量，以第一行像素為基準，抖動量就會體現到第二行像素上；

步驟(2)、兩行像素感知的模擬量通過模數轉換器量化，一并傳入到檢測電路中；

步驟(3)、通過檢測電路產生抖動移位量的結果；

步驟(4)、將抖動移位量的結果傳入到模數轉換器后的抖動補償電路中進行移位同時完成抖動消除；

步驟(5)、最后，抖動消除后的模數轉換量化結果將由數字累加器進行累加，完成對微光的感知，同時消除由機械振動帶來的抖動。

消除抖動的數字累加器，包括檢測電路與補償電路，檢測電路的電路結構是一個具有反饋功能的循環移位電路，補償電路由數個D觸發器串聯構成，上一級的D觸發器數據輸出端連接下一級D觸發器的數據輸入端，如此連接構成一個移位寄存器環，所有的D觸發器時鐘信號CP連接在一起并且與檢測電路的Shifter_input相連接；兩行像素感知的模擬量通過模數轉換器量化，一并傳入到檢測電路中，檢測電路輸出到補償電路中進行反向移位。