CN105611197B - 无抗溢出功能帧转移ccd的抗饱和读出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法，包括以下步骤：控制存储区时钟向下转移一行，同时控制成像区时钟快速向上转移若干行，把成像区曝光的电荷向最面上的一行转移；控制水平读出寄存器和读出电路读出一行，同时成像区时钟保持默认电平，避免对CCD输出模拟信号产生强烈的干扰；重复执行前两步，直至读完整帧图像。在不断向下转移、水平读出图像的同时，间歇性地将成像区曝光的电荷向最面上的一行转移，利用该行上方的抗晕结构来吸收饱和后溢出的电荷，这就实现了成像区曝光电荷的及时转移、清理，避免了大量像元饱和、电荷溢出扩散进而污染读出图像现象的发生。

Description

无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法。

背景技术

用连续多次的“帧转移-电荷倾倒/读出复位”等方法可以在帧转移CCD上实现比帧读出时间更短的曝光时间，甚至是零曝光时间，从而可以探测更加强烈的光信号。在短曝光时间之后是快速的帧转移和漫长的帧读出过程。在帧读出期间，成像区时钟置于默认电平，即处于曝光收集电荷的状态。但对强光短曝光时间的应用而言，这一阶段收集的电荷将是过量、无用的。在强光的照射之下，成像区很快就会有像元饱和。如果CCD没有抗溢出结构，饱和像元的电荷就会溢出到周围的像元。随着时间的增加和电荷溢出现象的发生，成像区饱和的像元会越来越多，而同样越来越多的饱和溢出的电荷也会迅速向四周扩散。最终，这些饱和溢出的电荷会扩散到仍然存储着部分待读出图像的存储区。如果光照足够强，饱和溢出电荷就会在帧读出结束之前，扩散到待读出图像的最后若干行里，从而污染读出的图像。当前对帧转移CCD短曝光时间应用的研究并不多，而对读出图像被成像区饱和溢出电荷污染问题的研究更是未见有报道。

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帧转移CCD上实现了帧读出期间成像区无用曝光电荷的及时清理，避免了像元饱和后电荷溢出进而污染读出图像现象的发生，提供了一种无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法。

本发明的技术解决方案说明如下：

无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法，包括以下步骤：

步骤Ⅰ：控制存储区时钟将要读出的图像向下转移一行，水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号保持默认电平，存储区最下面一行的电荷将转移到水平读出寄存器里；同时控制成像区时钟按帧转移的时钟频率快速向上转移若干行，把成像区曝光的电荷向最面上的一行转移；

步骤Ⅱ：控制水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号将一行像元逐个读出；同时成像区时钟保持默认电平，以避免对CCD输出模拟信号产生强烈的干扰；

步骤Ⅲ：重复执行步骤Ⅰ和Ⅱ，直至读完整帧图像。

本发明的积极效果：

1、在正常读出时序的基础上，通过对成像区实施间歇性的逆向帧转移实现了成像区曝光电荷的及时转移、清理，避免了大量像元饱和、电荷溢出扩散进而污染读出图像现象的发生；

2、只在存储区向下转移一行的时间窗口内执行成像区的逆向帧转移，避开了像元读出、模拟信号处理的敏感区间，保护了读出图像的信噪比。

附图说明

图1是帧转移CCD的结构框图以及图像读出时CCD中电荷转移的方向，七星图案代表着强光目标的图像。

图2是本发明一实例读出行转移时的驱动时序功能仿真波形。

具体实施方式

本发明的发明思想为：

本发明的无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法，利用在不断向下转移、水平读出图像的同时，间歇性地将成像区曝光的电荷向最面上的一行转移。该行的上方有抗晕结构，当转移过来的电荷堆积达到饱和水平以后，向上溢出的部分会被抗晕结构复合吸收掉，这就实现了成像区曝光电荷的及时转移、清理，从而避免了读出图像被饱和溢出电荷污染现象的发生。

本发明的无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法，具体步骤如下：

步骤一：控制存储区时钟将要读出的图像向下转移一行，水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号保持默认电平，存储区最下面一行的电荷将转移到水平读出寄存器里；同时控制成像区时钟按帧转移的时钟频率快速向上转移若干行，把成像区曝光的电荷向最面上的一行转移。当转移过来的电荷堆积达到饱和水平以后，向上溢出的部分会被抗晕结构复合吸收掉；

步骤二：控制水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号将一行像元逐个读出；同时成像区时钟保持默认电平，以避免对CCD输出模拟信号产生强烈的干扰；

步骤三：重复执行步骤一和二，直至读完整帧图像。

实施例1：

e2v公司的帧转移CCD47-20，成像区有1027行(包括3个暗参考行)，每行有1056个像元(包括两边各16个暗参考像元)，抗饱和读出时序如下：

1、控制存储区时钟将要读出的图像向下转移一行，水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号保持默认电平，存储区最下面一行的电荷将转移到水平读出寄存器里；同时控制成像区时钟 按帧转移的时钟频率快速向上转移六行，把成像区曝光的电荷向最面上的一行转移。当转移过来的电荷堆积达到饱和水平以后，向上溢出的部分会被由ABD和ABG管脚控制的抗晕结构复合吸收掉；

2、控制水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号将一行1056个像元逐个读出；同时成像区时钟保持默认低电平，以避免对CCD输出模拟信号产生强烈的干扰；

3、重复执行步骤1和2共计1028次(多出一行为CCD手册要求)，读完整帧图像。

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 (1)

1.无抗溢出功能帧转移CCD的抗饱和读出方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤Ⅰ：控制存储区时钟将要读出的图像向下转移一行，水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号保持默认电平，存储区最下面一行的电荷将转移到水平读出寄存器里；同时控制成像区时钟按帧转移的时钟频率快速向上转移若干行，把成像区曝光的电荷向最面上的一行转移；

步骤Ⅱ：控制水平读出寄存器时钟和读出电路复位脉冲信号将一行像元逐个读出；同时成像区时钟保持默认电平，以避免对CCD输出模拟信号产生强烈的干扰；

步骤Ⅲ：重复执行步骤Ⅰ和Ⅱ，直至读完整帧图像。