CN108495065A - 一种帧转移型面阵ccd的驱动时序控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种帧转移型面阵CCD驱动时序控制方法，所述帧转移型面阵CCD包括：成像区A，曝光并产生电荷；存储区B，用于存储由成像区A转移过来的电荷；寄存器C，用于寄存由存储区B转移过来的一行电荷；读出通道，将寄存器C中的电荷逐个读出；区域A、B、C均包括三个驱动时钟管脚；所述方法包括：控制器控制为常低，进行曝光；控制器向和发出特定顺序和数目的脉冲，进行帧转移；控制器向和发出特定顺序和数目的脉冲，进行帧读出，之后控制为常低，为常高，进入下一帧转移前的空闲状态，同时控制器先控制为常低，进入等待状态，之后向发出特定顺序和数目的脉冲，进行反向转移以清除残余电荷和等待期间光生电荷。

Description

一种帧转移型面阵CCD的驱动时序控制方法
技术领域
本发明涉及光电成像技术领域，具体涉及一种帧转移型面阵CCD驱动时序的控制方法。
背景技术
在光电成像领域，电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)是一种常用成像器件，其根据半导体光电效应将入射光转换成一定数目的电荷，再通过处理电路转换成可测量的电压或电流，进而反推出入射光强度。根据像素排列结构不同，CCD可分为线阵和面阵两种，而面阵CCD根据电荷转移方式的不同，又分为全帧转移型、帧转移型以及行间转移型。
帧转移型面阵CCD由于填充因子大，集光效率高等优点，成为CCD类成像器件的首选。其主要由成像区、存储区、寄存器和读出通道四部分构成，成像区在曝光时间内接受光照并产生光生电荷，之后转移至存储区，再逐行转移至寄存器并经读出通道读出。具体实现方式为控制器按照特定顺序向CCD时钟管脚发出一定数目和时长的驱动脉冲，驱动电荷向预定方向转移。
目前，对帧转移型面阵CCD使用广泛的驱动时序包括基本驱动时序和带电荷倾倒的驱动时序两种。虽然能够成像，但有以下问题：由于成像区电荷转移不充分，前一帧图像转移结束后成像区有残余电荷，而基本驱动时序无电荷清除操作，这些残余电荷会作为噪声而影响后一帧成像，降低信噪比；带电荷倾倒的时序通过在两次有效成像周期之间增加一次转移和读出，而倾倒掉残余电荷，但成像周期长、帧频慢；曝光时间的可调范围小，需要外加机械快门；只对有效感光区域电荷进行转移，信号完整性差。因此，有必要对帧转移型面阵CCD的驱动时序控制加以优化，以兼顾高信噪比、高帧频、大范围可调曝光时间和信号完整的成像要求。
发明内容
本发明的目的在于优化帧转移型面阵CCD的驱动时序控制，使帧转移型面阵CCD成像能够兼顾高信噪比、高帧频、大范围可调曝光时间和信号完整的要求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种帧转移型面阵CCD驱动时序控制方法，所述帧转移型面阵CCD包括：成像区A，接受入射光曝光并产生光生电荷；存储区B，与成像区A结构完全相同，但不接受光照，只用于存储由成像区A转移过来的电荷；寄存器C，用于寄存由存储区B转移过来的一行电荷；读出通道，寄存器C中的电荷经读出通道逐个读出；区域A、B、C均包括三个驱动时钟管脚，与控制器相连，接收控制器发出的驱动脉冲，以完成电荷的转移；所述方法包括：控制器控制成像区时钟恢复常低，进行曝光；控制器向和存储区时钟发出特定顺序和数目的脉冲，进行帧转移；控制器向和寄存器时钟发出特定顺序和数目的脉冲，进行帧读出，之后控制恢复为常低，恢复为常高，进入下一次帧转移前的空闲状态，同时，控制器先控制恢复常低，进入等待状态，之后向发出特定顺序和数目的脉冲，进行反向转移以清除残余电荷和等待期间的光生电荷。
作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：
步骤1)控制器控制成像区时钟和恢复常低，进行前一帧图像的曝光，以产生光生电荷，曝光时间为texp；
步骤2)控制器向和管脚各发出N+2*V个正脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长；同时对存储区时钟和进行相同操作；使前一帧图像电荷转移至存储区B；
步骤3)控制器向和管脚各发出1个正脉冲，脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，使存储区B中的一行电荷转移至寄存器C；
步骤4)控制器向和管脚各发出H+2*M个负脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，以完成该行电荷的读出；
步骤5)循环步骤3)和步骤4)共N+2*V次，以完成前一帧图像电荷的读出；
步骤6)控制器控制和恢复常低，和恢复常高，进入后一帧图像电荷转移前的空闲状态，同时，控制器首先控制和恢复常低，进入等待状态，等待时间ta，然后控制器向和管脚各发出N+2*V个正脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，完成反向转移以清除成像区残余电荷和等待期间的光生电荷。
作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：在所述步骤1)中，后一帧图像的曝光必须持续至前一帧图像读出完成之后。
本发明的优点在于：
1、本发明针对帧转移型面阵CCD边缘设置有暗像元的情况，采用了驱动时序读出冗余的方法，即转移范围包括边缘暗像元，保证了图像信号的完整性；
2、本发明针对帧转移型面阵CCD成像区电荷转移不充分的情况，采用了成像区反向转移的驱动时序，替代传统的电荷倾倒时序，既能清除残余电荷以提高成像信噪比，又缩短了成像周期以提高帧频；
3、本发明通过控制反向转移前的等待时间，来调节有效曝光时间，扩大了曝光时间的可调范围，且无需采用机械快门；
4、本发明的方法能优化帧转移型面阵CCD的成像性能，包括提高信噪比、提高帧频、扩展曝光时间可调范围和保持图像信号的完整。
附图说明
图1是帧转移型面阵CCD器件结构图；
图2是本发明的帧转移型面阵CCD的驱动时序控制示意图；
图3是本发明的帧转移型面阵CCD驱动时序控制脉冲波形图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明所适用的仪器“帧转移型面阵CCD”的器件结构如附图1所示，根据功能不同分为：成像区A，接受入射光曝光并产生光生电荷，其中有效感光区域为中间白色区域，共包含H*V个感光像素，边缘设置有遮光的暗像元，左右对称各M列，上下对称各N行；存储区B，与成像区A结构完全相同，只是不接受光照，只用于存储由成像区A转移过来的电荷；寄存器C，包括H+2*M个寄存单元，用于寄存由存储区B转移过来的一行电荷；读出通道，寄存器C中的电荷经读出通道逐个读出。区域A、B、C均包括三个驱动时钟管脚，与控制器相连，接收控制器发出的驱动脉冲，以完成电荷的转移。此外，成像区时钟和为常低时，若不外加机械快门，成像区是一直处于感光状态的。
附图2是本发明所述帧转移型面阵CCD驱动时序控制示意图，图中给出前后两帧图像的采集周期。具体过程为：对前一帧图像，成像区A曝光产生光生电荷，曝光时间为texp；曝光完成后成像区A的电荷转移至存储区B,用时tt；转移完成后，一方面存储区B中的电荷逐行转移至寄存器C并经读出通道读出，用时tr，另一方面成像区A经等待td时间，进行反向转移，以清除残余电荷和等待期间产生的电荷，用时ta；后一帧图像操作与前一帧相同。对于具体的器件，转移时间tt、读出时间tr、反向转移时间ta是固定的，而参数texp、td是可调的，即通过调节等待时间td的大小，就可得到后一帧图像的曝光起始时间，而曝光结束时间为后一帧图像转移开始时间，两者间隔就是所需的曝光时长texp。因此，这种驱动控制时序摆脱了对快门的依赖。此外，这里还需满足td+ta+texp>tr，即后一帧的曝光必须持续至前一帧读出完成之后。
附图3是本发明所述帧转移型面阵CCD驱动时序控制脉冲波形图，各部分依次为：①控制器控制成像区时钟和恢复常低，进行前一帧图像的曝光，以产生光生电荷，曝光时间为texp。②控制器向成像区时钟和管脚各发出N+2*V个正脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长；同时对存储区时钟和进行相同操作；使前一帧图像电荷转移至存储区B。③控制器向存储区时钟和管脚各发出1个正脉冲，脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，使存储区B中的一行电荷转移至寄存器C。④控制器向寄存器时钟和管脚各发出H+2*M个负脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，以完成该行电荷的读出。⑤循环步骤③、④共N+2*V次，以完成前一帧图像电荷的读出，之后控制器控制和恢复常低，和恢复常高，进入后一帧图像电荷转移前的空闲状态。与此同时，控制器首先控制和恢复常低，进入等待状态，等待时间ta，然后控制器向和管脚各发出N+2*V个正脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，完成反向转移以清除成像区残余电荷和等待期间的光生电荷，最后控制器控制成像区时钟和恢复常低，进行后一帧图像的曝光。⑥曝光完成后进行后一帧图像电荷的转移和读出，如此循环。
经过实验验证，本发明能够实现帧转移型面阵CCD的驱动成像，所成图像信噪比高、帧频高、曝光时间可调范围大且无需外加快门、信号完整性好。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种帧转移型面阵CCD驱动时序控制方法，所述帧转移型面阵CCD包括：成像区A，接受入射光曝光并产生光生电荷；存储区B，与成像区A结构完全相同，但不接受光照，只用于存储由成像区A转移过来的电荷；寄存器C，用于寄存由存储区B转移过来的一行电荷；读出通道，寄存器C中的电荷经读出通道逐个读出；区域A、B、C均包括三个驱动时钟管脚，与控制器相连，接收控制器发出的驱动脉冲，以完成电荷的转移；所述方法包括：控制器控制成像区时钟恢复常低，进行曝光；控制器向和存储区时钟发出特定顺序和数目的脉冲，进行帧转移；控制器向和寄存器时钟发出特定顺序和数目的脉冲，进行帧读出，之后控制恢复为常低，恢复为常高，进入下一次帧转移前的空闲状态，同时，控制器先控制恢复常低，进入等待状态，之后向发出特定顺序和数目的脉冲，进行反向转移以清除残余电荷和等待期间的光生电荷。
2.根据权利要求1所述的帧转移型面阵CCD驱动时序控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：
步骤1)控制器控制成像区时钟和恢复常低，进行前一帧图像的曝光，以产生光生电荷，曝光时间为texp；
步骤2)控制器向和管脚各发出N+2*V个正脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长；同时对存储区时钟和进行相同操作；使前一帧图像电荷转移至存储区B；
步骤3)控制器向和管脚各发出1个正脉冲，脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，使存储区B中的一行电荷转移至寄存器C；
步骤4)控制器向和管脚各发出H+2*M个负脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，以完成该行电荷的读出；
步骤5)循环步骤3)和步骤4)共N+2*V次，以完成前一帧图像电荷的读出；
步骤6)控制器控制和恢复常低，和恢复常高，进入后一帧图像电荷转移前的空闲状态，同时，控制器首先控制和恢复常低，进入等待状态，等待时间ta，然后控制器向和管脚各发出N+2*V个正脉冲，起始脉冲的先后顺序为之间延时为1/2个脉冲时长，完成反向转移以清除成像区残余电荷和等待期间的光生电荷。
3.根据权利要求2所述的帧转移型面阵CCD驱动时序控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：在所述步骤1)中，后一帧图像的曝光必须持续至前一帧图像读出完成之后。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112261304A (zh) * 2020-09-15 2021-01-22 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于帧转移ccd的定帧频成像系统曝光时长调控方法
CN112383726A (zh) * 2020-10-30 2021-02-19 厦门大学 一种ccd高速信号采集方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717945A (en) * 1982-07-26 1988-01-05 Olympus Optical Co., Ltd. Solid state image pick-up device with a shutter function
KR100802185B1 (ko) * 2006-09-01 2008-02-11 주식회사 쎄이미지 시시디 이미지센서의 이디에스 테스트를 위한 구동드라이브 회로
CN104486563A (zh) * 2014-12-19 2015-04-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 带电荷倾倒功能的帧转移ccd曝光时间短至零的实现方法
CN104541500A (zh) * 2012-10-12 2015-04-22 统雷有限公司 采用ccd成像仪的时间延迟与积分扫描
CN106851085A (zh) * 2016-11-22 2017-06-13 北京空间机电研究所 一种基于面阵ccd的可变谱段多光谱相机的信号处理系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4717945A (en) * 1982-07-26 1988-01-05 Olympus Optical Co., Ltd. Solid state image pick-up device with a shutter function
KR100802185B1 (ko) * 2006-09-01 2008-02-11 주식회사 쎄이미지 시시디 이미지센서의 이디에스 테스트를 위한 구동드라이브 회로
CN104541500A (zh) * 2012-10-12 2015-04-22 统雷有限公司 采用ccd成像仪的时间延迟与积分扫描
CN104486563A (zh) * 2014-12-19 2015-04-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 带电荷倾倒功能的帧转移ccd曝光时间短至零的实现方法
CN106851085A (zh) * 2016-11-22 2017-06-13 北京空间机电研究所 一种基于面阵ccd的可变谱段多光谱相机的信号处理系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112261304A (zh) * 2020-09-15 2021-01-22 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于帧转移ccd的定帧频成像系统曝光时长调控方法
CN112261304B (zh) * 2020-09-15 2021-10-01 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于帧转移ccd的定帧频成像系统曝光时长调控方法
CN112383726A (zh) * 2020-10-30 2021-02-19 厦门大学 一种ccd高速信号采集方法和装置

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