CN104486556A - 一种帧转移ccd电子快门的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种帧转移CCD电子快门的实现方法，包括以下步骤：控制帧转移时钟信号连续执行四次以上的帧转移操作，以将成像区在上一帧图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器；帧转移的同时，控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，以此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉；如果要求的曝光时间为零，则在清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区内曝光时间为零的图像；否则曝光指定时间后再帧转移并读出图像。本发明通过连续多次的“帧转移-读出复位”操作可以保证彻底清空成像区和存储区，不会有电荷残留到读出的图像里。

Description

一种帧转移CCD电子快门的实现方法

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种帧转移CCD电子快门的实现方法。

背景技术

当前紫外/极紫外波段的应用已经对CCD的曝光时间提出了短至毫秒级的需求，系统定标更是需要零曝光时间的图像来表征系统偏置或校正Smear现象。用机械快门配合全帧转移CCD可以实现十毫秒级的曝光时间，但其控制精度低、系统复杂且可靠性差。使用帧转移CCD可以省去机械快门，它通过帧转移操作将成像区的曝光电荷快速转移到存储区，同时实现成像区的清空/复位。连续两次帧转移之间的时间间隔就是曝光时间，对没有电子快门的帧转移CCD而言，这是控制曝光时间的唯一方法。但常用的驱动时序设计流程能实现的最短曝光时间是完全读出一帧图像所需要的时间，显然无法满足应用需求。现有的帧转移CCD短曝光时间实现方法均是针对带有电荷倾倒功能的帧转移CCD，先将成像区的无用电荷快速帧转移到存储区，然后再单独或在读出帧转移时将存储区内的这些无用电荷逐行倾倒掉，以此缩短两次帧转移之间的时间间隔，这样就可以将最短曝光时间降低一个数量级，直至零曝光时间。但对没有电荷倾倒功能的普通帧转移CCD，目前却缺乏有效的短曝光时间实现方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有方法的不足，通过驱动时序的特殊设计在没有电子快门和电荷倾倒沟道的普通帧转移CCD上实现了所有电荷存储单元同时清空/复位的功能，提供了一种帧转移CCD电子快门的实现方法。

本发明的技术解决方案说明如下：

一种帧转移CCD电子快门的实现方法，包括以下步骤：

步骤i：控制帧转移时钟信号连续执行四次以上的帧转移操作，以将成像区在上一帧图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器；

步骤ii：帧转移的同时，控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，以此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉；

步骤iii：如果要求的曝光时间为零，则在清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区内曝光时间为零的图像；否则曝光指定时间后再帧转移并读出图像。

在上述技术方案中，步骤i中帧转移操作连续垂直转移的像元行数为：成像区像元行数与存储区像元行数之和的2倍及以上。

本发明的积极效果：

1、利用所有帧转移CCD都有的水平读出寄存器和读出电路结构实现了电荷复位的功能，并将其工作的时机安排在与复位帧转移同时进行，在一个工作状态里同时完成了整个CCD所有电荷存储单元的清空/复位，完美地实现了电子快门的功能，使普通帧转移CCD可以实现短至零的曝光时间；

2、连续多次的“帧转移-读出复位”操作可以保证彻底清空成像区和存储区，不会有电荷残留到读出的图像里。

附图说明

图1是本发明设计的CCD工作状态组成图。可见看到本发明的设计仅在典型设计的基础上增加了一个多次“帧转移-读出复位”状态，即增加了电子快门的功能，CCD的工作流程从简单的两段式“曝光→读出”变化为依然简单的三段式“复位→曝光→读出”。

图2是本发明一实例实现电子快门和零曝光时间的驱动时序功能仿真波形。其中在“帧转移-读出复位”结束并清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区内曝光时间为零的图像。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

本发明解决问题的技术方案如下：

设成像区有N_I行像元，存储区有N_S行像元。具体步骤描述如下：

步骤一：复位帧转移(以复位为目的)。控制帧转移时钟信号连续执行四次以上的帧转移操作，即连续垂直转移2(N_I+N_S)行以上，以将成像区在上一帧图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器；同时控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，以此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉。连续多次的“帧转移-读出复位”操作可以保证彻底清除成像区和存储区内的电荷；

步骤二：此时在成像区和存储区内存储的都是曝光时间为零的图像，如果要求的曝光时间为零，转到步骤五；否则，转到步骤三；

步骤三：曝光。空闲曝光指定时间，所有时钟控制信号保持默认电平；

步骤四：读出帧转移(以读出为目的)。控制帧转移时钟信号执行一次帧转移操作，将成像区曝光积累的电荷快速转移到存储区；同时控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，以将从存储区不断转入的无用电荷全部读出复位掉；

步骤五：水平读出寄存器清空。继续控制水平读出寄存器连续读出两行以上，读出电路保持复位状态，以彻底清除水平读出寄存器内可能残留的无用电荷；

步骤六：读出。控制存储区、水平读出寄存器和读出电路逐行逐个像元地读出一帧图像。

实施例：

e2v公司的帧转移CCD47-20，成像区有1027行像元，存储区有1033行像元。实现零曝光时间的驱动时序控制流程如下：

1、控制帧转移时钟信号和连续垂直转移2×(1027+1033)＝4120行，同时控制水平读出时钟信号和保持连续读出状态，读出电路的复位脉冲信号保持为复位的高电平状态，以此将成像区在上一帧图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器，再水平转移到读出电路后复位掉。

2、此时在成像区和存储区内存储的都是曝光时间为零的图像，如果要求的曝光时间为零，转到步骤5；否则，转到步骤3；

3、空闲曝光指定时间，所有时钟控制信号保持默认电平；

4、控制帧转移时钟信号和连续垂直转移1033行，即执行一次读出帧转移操作，将成像区曝光积累的电荷快速转移到存储区；同时控制水平读出时钟信号和保持连续读出状态，读出电路的复位脉冲信号保持为复位的高电平状态，以将从存储区不断转入的无用电荷全部读出复位掉；

5、控制水平读出时钟信号和连续读出两行以上，读出电路的复位脉冲信号保持为复位的高电平状态，以彻底清除水平读出寄存器内可能残留的无用电荷；

6、控制行转移时钟信号水平读出时钟信号 和读出电路的复位脉冲信号逐行逐个像元地读出一帧图像。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种帧转移CCD电子快门的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i：控制帧转移时钟信号连续执行四次以上的帧转移操作，以将成像区在上一帧图像读出时长时间曝光积累的无用电荷快速向下转移，经存储区送入水平读出寄存器；

步骤ii：帧转移的同时，控制水平读出寄存器保持连续读出状态，读出电路保持复位状态，以此将从存储区不断转入的无用电荷全部送到读出电路复位掉；

步骤iii：如果要求的曝光时间为零，则在清理完水平读出寄存器后，直接读出存储区内曝光时间为零的图像；否则曝光指定时间后再帧转移并读出图像。

2.根据权利要求1所述的帧转移CCD电子快门的实现方法，其特征在于，

步骤i中帧转移操作连续垂直转移的像元行数为：成像区像元行数与存储区像元行数之和的2倍及以上。