CN103780849B - 一种tdiccd电荷同步转移的焦平面时序控制器 - Google Patents
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Abstract
一种TDICCD的电荷同步转移的焦平面时序控制器，包括复位模块、参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块；复位模块为各工作模块设置初始工作状态；参考时钟产生模块产生各模块需要的工作时钟；图像运动速度参数译码模块将输入的焦平面图像运动速度参数进行译码，将译码后的速度参数发送给转移速度控制模块产生内部垂直转移时序；转移速度控制模块产生与TDICCD焦平面图像垂直行方向运动时间相等的时序信号；垂直转移时序模块将转移速度控制模块产生的时序信号通过处理，产生TDICCD垂直转移时序，从而完成对TDICCD的电荷同步转移。本发明降低电荷转移时产生的像移，实现了TDICCD在空间遥感相机中的优化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种TDICCD（时间延迟积分电荷耦合器件）电荷同步转移的焦平面时序控制器，可以作为遥感相机焦平面组件中TDICCD器件的时序控制，属于航天或航空遥感相机焦平面电子学设计的技术领域。
背景技术
随着TDICCD在遥感相机运动成像中的广泛应用，TDICCD电荷转移速度与焦平面上图像运动速度的一致性成为影响遥感相机成像清晰度的重要因素，由于TDICCD电荷转移具有时间上的离散性，即在事先设定的时刻才进行电荷转移，其余时刻都处于电荷积累或电荷清除状态，而焦平面上图像的运动可以看作连续近似匀速的运动，这样，由于图像运动的连续性与电荷转移的离散性，就会使得TDICCD成像存在不同步，同时由于电荷转移的平均速度与图像运动的平均速度无法完全一致也会产生由于速度误差带来的不同步。因此，目前的TDICCD时序控制器存在电荷转移速度与图像运动速度不同步的问题，以及由于电荷转移的离散性带来的像移引起的图像清晰度下降的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，实现了TDICCD的实现电荷同步转移以及基于TDICCD运动成像的遥感相机图像清晰度的提高。
本发明的技术解决方案是：
一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器包括：复位模块、参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块；
复位模块，用于为参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块提供工作的初始化状态或强制各模块回到初始状态的复位信号，所述各模块的初始状态为参考时钟产生模块处于复位状态，参考时钟产生模块输出无效低电平信号；图像运动速度参数译码模块输出值为内部设定的固定值；转移速度控制模块输出无效低电平；垂直转移时序模块输出无效低电平；
参考时钟产生模块，当复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后，利用本地时钟为图像运动速度参数译码模块和转移速度控制模块提供高频时钟信号；
图像运动速度参数译码模块，在复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后，并在参考时钟产生模块产生的高频时钟信号的控制下，对外部输入图像运动速度参数进行译码，产生图像运动译码参数，并将其发送给转移速度控制模块；
转移速度控制模块，在复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后以及外部同步信号的作用下，并在参考时钟产生模块产生的高频时钟信号控制下，利用图像运动速度参数译码模块输入的图像运动译码参数，产生同图像运动速度相一致的内部电荷垂直转移时序信号，并将其发送给垂直转移时序模块；
垂直转移时序模块，接收内部电荷垂直转移时序信号，并在本地时钟的控制下对其进行相位延迟后输出，最终输出CCD电荷转移时序。
所述的复位模块由脉冲计数器1和比较器1组成，脉冲计数器1为十进制加法计数器，当外部输入的复位信号为有效高电平时，脉冲计数器1计数值被恢复到设定的初始值0；当外部输入的复位信号变为无效低电平后，脉冲计数器1以外部输入的本地时钟信号作为基准，开始加1计数，同时比较器1将脉冲计数器1的计数值和复位模块内部预先设定的固定数值进行比较，当脉冲计数器1的计数值小于预先设定的固定数值时，比较器1输出高电平，同时脉冲计数器1继续进行加1计数；当脉冲计数器1的计数值与预先设定的固定数值相等时，比较器1输出低电平信号反馈到脉冲计数器并控制脉冲计数器1停止工作，并以此比较器1输出信号作为焦平面时序控制器各工作模块的复位信号；
当比较器1输出信号为高电平时，复位信号为有效电平，焦平面时序控制器各工作模块处于复位状态；当比较器1输出信号为低电平时，复位信号为无效电平，焦平面时序控制器各工作模块复位结束，开始正常工作。
所述的参考时钟产生模块由时钟倍频器1组成；当参考时钟产生模块接收到从复位模块输出的复位信号为有效高电平时，时钟倍频器1处于复位状态，倍频器1输出的高频时钟信号为无效低电平信号；当复位信号变为无效低电平后，输入的本地时钟通过时钟倍频器1产生频率n倍于输入本地时钟的高频时钟信号，其中n为正整数。
所述的图像运动速度参数译码模块由乘法器1、脉冲计数器2、比较器2和锁存器1组成，脉冲计数器2为十进制加法计数器；乘法器1将外部输入的图像运动速度参数、图像运动速度参数译码模块内部设定的像元尺寸数值和高频时钟频率数值三者相乘后得到比较器2可识别的十进制图像运动速度译码值，比较器2输出信号作为锁存器1的输出使能信号；
当复位模块输入的复位信号为有效高电平时，脉冲计数器2计数值恢复到初始值0，锁存器1输出图像运动译码参数信号为固定的数值0；当复位信号为无效低电平后，脉冲计数器2开始以参考时钟产生模块产生的高频时钟信号为基准进行加1计数，乘法器1输出的十进制图像运动速度译码值与脉冲计数器2的计数值通过比较器2进行比较，当脉冲计数器2的计数值小于该译码值时，比较器2输出低电平信号，锁存器1输出保持原来数值作为图像运动译码参数信号，脉冲计数器2继续进行加1计数；当脉冲计数器2的计数值等于该译码值时，比较器2输出高电平信号，锁存器1将此刻脉冲计数器2的计数值输出作为图像运动译码参数信号，脉冲计数器2复位到0后重新开始加1计数。
所述的转移速度控制模块有脉冲计数器3、比较器3、脉冲计数器4和比较器4组成；脉冲计数器3和脉冲计数器4都为十进制加法计数器，比较器4输出垂直转移时序信号p1和p2；
当复位模块输入的复位信号为有效高电平或外部输入的同步信号为有效高电平时，脉冲计数器3的计数值被设定为0，比较器4输出的垂直转移时序信号p1和p2都为低电平；当复位信号和同步信号都从有效高电平变为无效低电平后，脉冲计数器3以参考时钟产生模块产生的高频率时钟为基准从初始值0开始加1计数；比较器3比较脉冲计数器3的计数值和输入图像运动译码参数信号的数值大小，并将比较的结果作为脉冲计数器4的使能信号，当该使能信号为高电平时，若脉冲计数器4计数值为7，则脉冲计数器4计数值回到初始值0；若脉冲计数器4计数值小于7，则脉冲计数器4计数值进行加1计数；比较器4将脉冲计数器4计数值与转移速度控制模块内部设定的三个固定值2、4和6进行比较，根据比较结果输出垂直转移时序信号p1和p2的相应电平。对于垂直转移时序信号p1：当脉冲计数器4的计数值小于4时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1为低电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于4时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1为高电平；对于垂直转移时序信号p2：当脉冲计数器4的计数值小于2时，垂直转移时序信号p2为低电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于2并且小于6时，垂直转移时序信号p2为高电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于6时，垂直转移时序信号p2为低电平。
所述的垂直转移时序模块由反相器1和反相器2组成；当复位信号为有效高电平时，将反相器1和反相器2的输出恢复到设定的高电平输出状态；否则，将转移速度控制模块输出的垂直转移时序信号p1经过反相器1后输出，垂直转移时序信号p2经过反相器2后输出，同时将p1和p2输出，即可得到TDICCD电荷同步转移的时序信号输出。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明图像运动速度参数译码模块可以根据输入的当前焦平面上图像运动速度参数经过内部译码后得到精确的转移速度参数，同时内部参考时钟模块可以根据需要产生高频率的时钟，通过该高频率时钟精确产生电荷转移的时序控制信号，使得电荷转移速度始终保持和图像运动速度同步的状态，从而由图像运动速度参数译码模块解决了电荷转移平均速度和图像运动平均速度存在的速度误差问题，高频率时钟则解决了图像运动的连续性与电荷转移的离散性的问题，减小了由于速度误差以及离散性带来的图像清晰度下降的问题。
（2）本发明提出的一种实现TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器只需要输入焦平面图像运动速度参数，就可以实时改变电荷转移平均速度，使得电荷转移平均速度与焦平面图像运动速度精确匹配，实现电荷转移与焦平面图像运动的同步。
（3）电荷转移速度与焦平面图像运动速度之间的速度同步精度受主时钟频率影响，如果要实现更高的速度同步，可以通过提高主时钟频率得到。由于成像区电荷转移速度与焦平面图像运动的速度差越小，同步性越好，TDICCD的成像清晰度就会越好，而TDICCD电荷转移速度由主时钟分频得到的时钟控制，主时钟频率越高，对于电荷转移速度就可以进行更精细的调节，从而可以获得更高精度的速度同步性。
（4）本发明时序控制器还可以通过适当设置应用到面阵CCD的运动成像，根据具体的CCD器件成像像元尺寸大小就可以实现面阵CCD运动成像的电荷同步转移时序控制器。
附图说明
图1为本发明焦平面时序控制器结构框图；
图2为本发明复位模块结构框图；
图3为本发明图像运动速度参数译码模结构框图；
图4为本发明转移速度控制模块设计框图；
图5为本发明转移速度控制模块脉冲计数器4时序图；
图6为本发明转移速度控制模块比较器4输入输出时序图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的结构组成和工作原理。
如图1所示，本发明提出的一种实现TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，复位模块、参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块。
如图2所示，复位模块用于为参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块提供工作的初始化状态或强制各模块回到初始状态的复位信号，所述各模块的初始状态为参考时钟产生模块处于复位状态，参考时钟产生模块输出无效低电平信号；图像运动速度参数译码模块输出值为内部设定的固定值；转移速度控制模块输出无效低电平；垂直转移时序模块输出无效低电平；
复位模块由脉冲计数器1和比较器1组成，脉冲计数器1为十进制加法计数器，当外部输入的复位信号为有效高电平时，脉冲计数器1计数值被恢复到设定的初始值0；当外部输入的复位信号变为无效低电平后，脉冲计数器1以外部输入的本地时钟信号作为基准，开始加1计数，同时比较器1将脉冲计数器1的计数值和复位模块内部预先设定的固定数值进行比较，当脉冲计数器1的计数值小于预先设定的固定数值时，比较器1输出高电平，同时脉冲计数器1继续进行加1计数；当脉冲计数器1的计数值与预先设定的固定数值相等时，比较器1输出低电平信号反馈到脉冲计数器并控制脉冲计数器1停止工作，并以此比较器1输出信号作为焦平面时序控制器各工作模块的复位信号，当比较器1输出信号为高电平时，复位信号为有效电平，焦平面时序控制器各工作模块处于复位状态；当比较器1输出信号为低电平时，复位信号为无效电平，焦平面时序控制器各工作模块复位结束，开始正常工作。
参考时钟产生模块，当复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后，利用本地时钟（将本地时钟通过倍频器倍频到所需的高频时钟信号）为图像运动速度参数译码模块和转移速度控制模块提供高频时钟信号；参考时钟产生模块由时钟倍频器1组成；当参考时钟产生模块接收到从复位模块输出的复位信号为有效高电平时，时钟倍频器1处于复位状态，倍频器1输出的高频时钟信号为无效低电平信号；当复位信号变为无效低电平后，输入的本地时钟通过时钟倍频器1产生频率n倍于输入本地时钟的高频时钟信号，其中n为正整数（其具体数值根据焦平面时序控制器的实际应用平台能提供的时钟频率来选定）
如图3所示，图像运动速度参数译码模块在复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后，在参考时钟产生模块产生的高频时钟信号的控制下，对外部输入图像运动速度参数进行译码，产生图像运动译码参数，将其发送给转移速度控制模块；
图像运动速度参数译码模块由乘法器1、脉冲计数器2、比较器2和锁存器1组成，脉冲计数器2为十进制加法计数器；乘法器1将外部输入的图像运动速度参数、图像运动速度参数译码模块内部设定的像元尺寸数值和高频时钟频率数值三者相乘后得到比较器2可识别的十进制图像运动速度译码值，比较器2输出信号作为锁存器1的输出使能信号；
当复位模块输入的复位信号为有效高电平时，脉冲计数器2计数值恢复到初始值0，锁存器1输出图像运动译码参数信号为固定的数值0；当复位信号为无效低电平后，脉冲计数器2开始以参考时钟产生模块产生的高频时钟信号为基准进行加1计数，乘法器1输出的十进制图像运动速度译码值与脉冲计数器2的计数值通过比较器2进行比较，当脉冲计数器2的计数值小于该译码值时，比较器2输出低电平信号，锁存器1输出保持原来数值作为图像运动译码参数信号，脉冲计数器2继续进行加1计数；当脉冲计数器2的计数值等于该译码值时，比较器2输出高电平信号，锁存器1将此刻脉冲计数器2的计数值输出作为图像运动译码参数信号，脉冲计数器2复位到0后重新开始加1计数。
如图4、5、6所示，转移速度控制模块在复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后以及外部同步信号的作用下，以参考时钟产生模块产生的高频时钟信号作为参考，利用图像运动参数译码模块输入的图像运动译码参数，产生同图像运动速度相一致的内部电荷垂直转移时序信号，并将其发送给垂直转移时序模块；
转移速度控制模块有脉冲计数器3、比较器3、脉冲计数器4和比较器4组成，脉冲计数器3和脉冲计数器4都为十进制加法计数器（以时钟上升跳变作为其有效触发），比较器4输出垂直转移时序信号p1和p2。当复位模块输入的复位信号为有效高电平或外部输入的同步信号为有效高电平时，脉冲计数器3恢复到初始状态，脉冲计数器3的计数值被设定为0；当外部输入的复位信号为有效高电平时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1和p2为低电平；当复位信号和同步信号都从有效高电平变为无效低电平后，脉冲计数器3以参考时钟产生模块产生的高频率时钟为基准从初始值0开始加1计数；比较器3比较脉冲计数器3的计数值和输入图像运动译码参数信号的大小，将比较结果作为脉冲计数器4的使能信号，当该使能信号为高电平时，若脉冲计数器4计数值为7，则脉冲计数器4计数值回到初始值0；若脉冲计数器4计数值小于7，则脉冲计数器4计数值加1计数；比较器4将脉冲计数器4计数值与转移速度控制模块内部设定的三个固定值2、4和6进行比较，根据比较结果输出垂直转移时序信号p1和p2的相应电平。对于垂直转移时序信号p1：当脉冲计数器4的计数值小于4时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1为低电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于4时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1为高电平；对于垂直转移时序信号p2：当脉冲计数器4的计数值小于2时，垂直转移时序信号p2为低电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于2并且小于6时，垂直转移时序信号p2为高电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于6时，垂直转移时序信号p2为低电平。
垂直转移时序模块接收内部垂直转移时序信号p1和p2，并在本地时钟的控制下对其进行相位延迟后输出，最终输出CCD电荷转移时序。
垂直转移时序模块由反相器1和反相器2组成；当复位信号为有效高电平时，将反相器1和反相器2的输出恢复到设定的高电平输出状态；否则，将转移速度控制模块输出的垂直转移时序信号p1经过反相器1后输出，垂直转移时序信号p2经过反相器2后输出，同时将p1和p2输出，即可得到TDICCD电荷同步转移的时序信号输出。
本发明转移速度控制模块的功能是利用图像运动速度参数译码模块得到的图像运动译码参数，产生与图像运动平均速度相等的电荷转移速度，并以输入的同步信号作为参照使得电荷转移时刻与图像运动时刻保持同步。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，其特征在于包括：复位模块、参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块；
复位模块，用于为参考时钟产生模块、图像运动速度参数译码模块、转移速度控制模块和垂直转移时序模块提供工作的初始化状态或强制各模块回到初始状态的复位信号，所述各模块的初始状态为：参考时钟产生模块处于复位状态，参考时钟产生模块输出无效低电平信号；图像运动速度参数译码模块输出值为内部设定的固定值；转移速度控制模块输出无效低电平；垂直转移时序模块输出无效低电平；
参考时钟产生模块，当复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后，利用本地时钟为图像运动速度参数译码模块和转移速度控制模块提供高频时钟信号；
图像运动速度参数译码模块，在复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后，并在参考时钟产生模块产生的高频时钟信号的控制下，对外部输入图像运动速度参数进行译码，产生图像运动译码参数，并将其发送给转移速度控制模块；
转移速度控制模块，在复位模块产生的复位信号从有效高电平变为无效低电平后以及外部同步信号的作用下，并在参考时钟产生模块产生的高频时钟信号控制下，利用图像运动速度参数译码模块输入的图像运动译码参数，产生同图像运动速度相一致的内部电荷垂直转移时序信号，并将其发送给垂直转移时序模块；
垂直转移时序模块，接收内部电荷垂直转移时序信号，并在本地时钟的控制下对其进行相位延迟后输出，最终输出CCD电荷转移时序。
2.根据权利要求1所述的一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，其特征在于：所述的复位模块由脉冲计数器1和比较器1组成，脉冲计数器1为十进制加法计数器，当外部输入的复位信号为有效高电平时，脉冲计数器1计数值被恢复到设定的初始值0；当外部输入的复位信号变为无效低电平后，脉冲计数器1以外部输入的本地时钟信号作为基准，开始加1计数，同时比较器1将脉冲计数器1的计数值和复位模块内部预先设定的固定数值进行比较，当脉冲计数器1的计数值小于预先设定的固定数值时，比较器1输出高电平，同时脉冲计数器1继续进行加1计数；当脉冲计数器1的计数值与预先设定的固定数值相等时，比较器1输出低电平信号反馈到脉冲计数器并控制脉冲计数器1停止工作，并以此比较器1输出信号作为焦平面时序控制器各工作模块的复位信号；
当比较器1输出信号为高电平时，复位信号为有效电平，焦平面时序控制器各工作模块处于复位状态；当比较器1输出信号为低电平时，复位信号为无效电平，焦平面时序控制器各工作模块复位结束，开始正常工作。
3.根据权利要求1所述的一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，其特征在于：所述的参考时钟产生模块由时钟倍频器1组成；当参考时钟产生模块接收到从复位模块输出的复位信号为有效高电平时，时钟倍频器1处于复位状态，倍频器1输出的高频时钟信号为无效低电平信号；当复位信号变为无效低电平后，输入的本地时钟通过时钟倍频器1产生频率n倍于输入本地时钟的高频时钟信号，其中n为正整数。
4.根据权利要求1所述的一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，其特征在于：所述的图像运动速度参数译码模块由乘法器1、脉冲计数器2、比较器2和锁存器1组成，脉冲计数器2为十进制加法计数器；乘法器1将外部输入的图像运动速度参数、图像运动速度参数译码模块内部设定的像元尺寸数值和高频时钟频率数值三者相乘后得到比较器2可识别的十进制图像运动速度译码值，比较器2输出信号作为锁存器1的输出使能信号；
当复位模块输入的复位信号为有效高电平时，脉冲计数器2计数值恢复到初始值0，锁存器1输出图像运动译码参数信号为固定的数值0；当复位信号为无效低电平后，脉冲计数器2开始以参考时钟产生模块产生的高频时钟信号为基准进行加1计数，乘法器1输出的十进制图像运动速度译码值与脉冲计数器2的计数值通过比较器2进行比较，当脉冲计数器2的计数值小于该译码值时，比较器2输出低电平信号，锁存器1输出保持原来数值作为图像运动译码参数信号，脉冲计数器2继续进行加1计数；当脉冲计数器2的计数值等于该译码值时，比较器2输出高电平信号，锁存器1将此刻脉冲计数器2的计数值输出作为图像运动译码参数信号，脉冲计数器2复位到0后重新开始加1计数。
5.根据权利要求1所述的一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，其特征在于：所述的转移速度控制模块有脉冲计数器3、比较器3、脉冲计数器4和比较器4组成；脉冲计数器3和脉冲计数器4都为十进制加法计数器，比较器4输出垂直转移时序信号p1和p2；
当复位模块输入的复位信号为有效高电平或外部输入的同步信号为有效高电平时，脉冲计数器3的计数值被设定为0，比较器4输出的垂直转移时序信号p1和p2都为低电平；当复位信号和同步信号都从有效高电平变为无效低电平后，脉冲计数器3以参考时钟产生模块产生的高频率时钟为基准从初始值0开始加1计数；比较器3比较脉冲计数器3的计数值和输入图像运动译码参数信号的数值大小，将比较的结果作为脉冲计数器4的使能信号，当该使能信号为高电平时，若脉冲计数器4计数值为7，则脉冲计数器4计数值回到初始值0；若脉冲计数器4计数值小于7，则脉冲计数器4计数值加1计数；比较器4将脉冲计数器4计数值与转移速度控制模块内部设定的三个固定值2、4和6进行比较，根据比较结果输出垂直转移时序信号p1和p2的相应电平；对于垂直转移时序信号p1：当脉冲计数器4的计数值小于4时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1为低电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于4时，比较器4输出的垂直转移时序信号p1为高电平；对于垂直转移时序信号p2：当脉冲计数器4的计数值小于2时，垂直转移时序信号p2为低电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于2并且小于6时，垂直转移时序信号p2为高电平；当脉冲计数器4的计数值大于等于6时，垂直转移时序信号p2为低电平。
6.根据权利要求1所述的一种TDICCD电荷同步转移的焦平面时序控制器，其特征在于：所述的垂直转移时序模块由反相器1和反相器2组成；当复位信号为有效高电平时，将反相器1和反相器2的输出恢复到设定的高电平输出状态；否则，将转移速度控制模块输出的垂直转移时序信号p1经过反相器1后输出，垂直转移时序信号p2经过反相器2后输出，同时将p1和p2输出，即可得到TDICCD电荷同步转移的时序信号输出。
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