CN108881718B - 多组tdi cmos成像系统的同步控制方法 - Google Patents

多组tdi cmos成像系统的同步控制方法 Download PDF

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Abstract

多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，涉及基于航天应用的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，解决现有成像系统在进行成像控制时，存在采样亚稳态问题，本发明采用单个低频的晶振器分别经时钟分路器后再分别经外部的送入时钟倍频器与抖动清除器送入各成像单元；通过测试采样的亚稳态区域，通过调整时钟分频器复位信号的上升沿，从而保证控制信号采样的健壮性。通过低频时钟信号在成像控制器附近进行去抖动和倍频，避免高频时钟的幅度衰减和抖动的增加，从而保证高速串行数据的稳定可靠接收；通过测试采样的亚稳态区域，通过调整时钟分频器复位信号的上升沿，从而保证控制信号采样的健壮性，探测器在各种温度条件下都能稳定工作。

Description

多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法
技术领域
本发明涉及一种多组CMOS成像系统的同步控制方法，具体涉及一种基于航天应用的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法。
背景技术
对于多组成像系统，若各部分采用独立的时钟进行成像控制，则各组成像系统间可能存在拍频干扰，导致图像上出现干扰条纹；对于使用高速串行数据传输接口的CMOS成像系统，对于高频数据时钟的信号完整性和抖动要求高，为避免拍频影响各部分采用相同的同步时钟时，易出现高频信号经传输电缆后信号幅度衰减及抖动增加；针对航天应用的CMOS探测器，片内取消了锁相环，通过内部分频获得的低频时钟对输入的控制信号进行采样，若不进行同步控制，可能存在采样亚稳态问题。
发明内容
本发明为解决现有成像系统在进行成像控制时，存在采样亚稳态问题，提供一种多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法。
多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，所述方法运用于多组TDI CMOS成像的同步控制系统，所述控制系统包括低频晶振、时钟分路器、n个时钟倍频与抖动清除器和n组成像组，每组成像组包括成像控制器和CMOS图像传感器；
所述低频晶振产生频率为
Figure GDA0002886004080000011
的低频时钟经时钟分路器后分为n路，所述n路低频时钟分别经n个时钟倍频与抖动清除器后输出频率为finter的高频低抖动的时钟送入n组成像组中对应的成像控制器和CMOS图像传感器，所述p为大于1的正整数；
所述成像控制器对时钟倍频与抖动清除器的锁相状态进行监测，当发现失锁后则对时钟倍频与抖动清除器进行复位，直到恢复到锁定状态；
成像控制器内高频输入时钟经所述成像控制器内的控制分频器后进行m位分频，产生频率为
Figure GDA0002886004080000021
的低频控制时钟，所述m为输出图像数据的量化位数；在低频控制时钟同步下产生成像分频复位信号对CMOS图像传感器内的分频器进行复位，保证控制分频器和成像分频器之间恒定的相位关系；同时在低频控制时钟同步下产生控制信号Control signal对CMOS图像传感器进行控制；
CMOS图像传感器接收外部的高频时钟，进行m位分频，产生频率为
Figure GDA0002886004080000022
的低频探测器时钟，对输入的控制信号进行采样，并以
Figure GDA0002886004080000023
的频率输出串行图像数据；
CMOS图像传感器内亚稳态采样区的判断方法为：
一、通过控制信号Control signal中的SPI接口控制信号，把CMOS图像传感器内部频率为
Figure GDA0002886004080000024
的低频控制时钟Clk_pix和行读出同步信号SYNC引出，分别连接到外部D触发器的时钟端C和数据输入端D，D触发器的输出端Q送入到成像控制器中；
二、成像控制器通过对D触发器的输出端Q的电平进行连续采样，并进行CMOS图像传感器内采样是否出现亚稳态的判断；
所述是否出现亚稳态的判断标准为：以频率finter作为同步时钟，若检测到高电平，且间隔m个脉冲还能检测到高电平，此状态持续r次，则判定采样稳定；若在rm个频率为finter的脉冲的时间内出现了低电平，则判定采样不稳定；r为大于10的正整数。
本发明的有益效果：
1、采用单个低频的晶振器分别经时钟分路器后再分别经外部的送入时钟倍频器与抖动清除器送入各成像单元，保证多组成像系统以相同的时钟频率工作，避免相互之间的拍频干扰；
2、通过低频时钟信号在成像控制器附近进行去抖动和倍频，避免高频时钟的幅度衰减和抖动的增加，从而保证高速串行数据的稳定可靠接收；
3、通过测试采样的亚稳态区域，通过调整时钟分频器复位信号的上升沿，从而保证控制信号采样的健壮性，探测器在各种温度条件下都能稳定工作。
附图说明
图1为本发明所述的多组TDI CMOS成像系统的结构图；
图2为本发明所述的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法中CMOS探测器内亚稳态采样区的判断拓扑结构图；
图3为采用本发明所述的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法寻找采样不稳定区域的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，基于航天应用的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，
多组TDI CMOS成像的同步控制系统结构如图1所示，各成像组采用相同的频率为
Figure GDA0002886004080000031
低频时钟源作为时钟基准，并采用低频时钟进行传输；低频晶振产生频率为
Figure GDA0002886004080000032
(p为大于1的正整数)的低频时钟经时钟分路器后分为n路，分别经n个时钟倍频与抖动清除器后就近输出频率为finter高频低抖动的时钟送入n组成像组，消除在长距离传输过程中附加的抖动。每组成像组中主要包含成像控制器和CMOS图像传感器。时钟倍频与抖动清除器输出的频率为finter高频时钟同时送入成像控制器和CMOS图像传感器；成像控制器对时钟倍频与抖动清除器的锁相状态进行监测，当发现失锁后则对时钟倍频与抖动清除器进行复位，直到恢复到锁定状态；成像控制器内高频输入时钟经分频器后进行m位分频(m为输出图像数据的量化位数)，产生频率为
Figure GDA0002886004080000033
的低频控制时钟，在低频控制时钟同步下产生成像分频复位信号对成像分频器进行复位，保证控制分频器和成像分频器之间恒定的相位关系；同时在低频控制时钟同步下产生控制信号Control signal对CMOS图像传感器进行控制；CMOS图像传感器接收外部的高频时钟，进行m分频，产生频率为
Figure GDA0002886004080000034
的低频探测器时钟，对输入的控制信号进行采样，按照控制信号进行相关操作，并以
Figure GDA0002886004080000035
的频率输出串行图像数据。
本实施方式中，在物理传输路径上要求成像分频信号与所有的控制信号Controlsignal的延时完全相同，即走线长度偏差Δ≤5mil，在线路板上的相同层传输，在相同的位置进行层切换。
结合图2说明本实施方式，CMOS探测器内亚稳态采样区的判断方法为：
(1)通过控制信号Control signal中的SPI接口控制信号，把CMOS图像传感器内部的频率为
Figure GDA0002886004080000041
的低频控制时钟Clk_pix和行读出同步信号SYNC(频率设置为
Figure GDA0002886004080000042
占空比为1/m)引出，分别连接到外部D触发器的时钟端C和数据输入端D，D触发器的输出端Q送入到成像控制器中。
(2)成像控制器通过对D触发器的输出端Q的电平进行连续采样，进行CMOS探测器内采样是否出现亚稳态的判断。判断标准是：以频率为finter的时钟同步下，若检测到高电平，且间隔m个脉冲还能检测到高电平，此状态持续r次(也就是持续rm个频率为finter的脉冲，r为大于10的正整数)，则认为采样稳定；而在rm个频率为finter的脉冲的时间内出现了低电平，则认为采样不稳定。
结合图3说明本实施方式，寻找采样不稳定区域的过程为：
CMOS探测器稳定采样的最佳相位是：当整个过程中未检测到不稳定采样区域(不稳定高电平)，则最佳的采样值设定为计数值为0，控制信号的odelay延迟值为0，成像分频复位信号的odelay延迟值为odelay最大延迟值一半；若检测到的稳定采样区域为(α1+β1-δ1,α2+β2-δ2)，则最佳的采样值设定为
Figure GDA0002886004080000043
式中式中，α1为检测到稳定信号的最小计数值，α2为检测到稳定信号的最大计数值，β1为检测到稳定信号计数值为最小值时的控制信号的odelay延迟值，β2为检测到稳定信号计数值为最大值时控制信号的odelay延迟值，δ1为检测到稳定信号计数值为最小值时的成像分频复位信号的odelay延迟值，δ2为检测到稳定信号计数值为最大值时成像分频复位信号的odelay延迟值。
具体过程为：
A、成像分频复位和SYNC的odelay的延迟值及当前计数值复位；
B、判断当前计数位置是否出现不稳定高电平，如果是，执行步骤D；如果否，执行步骤C；
C、保持当前计数位置，递增成像分频复位的odelay延迟值后，并判断是否出现不稳定高电平，如果是，执行步骤D；如果否，执行步骤E；
D、记录出现低电平时对应的计数值及成像分频复位和SYNC的odelay延迟值；
E、判断成像分频复位的odelay延迟值是否达到最大，如果是，执行步骤F；如果否，执行步骤C；
F、保持当前计数位置和成像分频复位的odelay延迟值，递增SYNC的odelay延迟值，成像控制器判断是否出现不稳定高电平，如果是，执行步骤D；如果否，执行步骤G；
G、判断成像分频复位的odelay延迟值是否达到最大，如果是，执行步骤H；如果否，执行步骤F；
H、成像分频复位和SYNC的odelay延迟值，增加当前的计数值；
I、判断计数值是否达到最大值m，如果是，执行步骤J，如果否，执行步骤B；
J、整个过程是否检测到过不稳定高电平，如果是，稳定区域的中心点作为最佳采样点，如果否，计数值0为半数odelay延迟值作为最佳采样点。
本实施方式中，所述低频晶振采用武汉海创公司的产品，时钟分路器采用ST公司的54ACT2525；时钟倍频与抖动清除器采用TI公司的CDCM7005；成像控制器采用Virtex 5系列FPGA；CMOS图像传感器采用长光辰芯公司的TDI CMOS图像传感器。

Claims (3)

1.多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，其特征是：所述方法运用于多组TDI CMOS成像的同步控制系统，所述控制系统包括低频晶振、时钟分路器、n个时钟倍频与抖动清除器和n组成像组，每组成像组包括成像控制器和CMOS图像传感器；
所述低频晶振产生频率为
Figure FDA0002886004070000011
的低频时钟经时钟分路器后分为n路，所述n路低频时钟分别经n个时钟倍频与抖动清除器后输出频率为finter的高频低抖动的时钟送入n组成像组中对应的成像控制器和CMOS图像传感器，所述p为大于1的正整数；
所述成像控制器对时钟倍频与抖动清除器的锁相状态进行监测，当发现失锁后则对时钟倍频与抖动清除器进行复位，直到恢复到锁定状态；
成像控制器内高频输入时钟经所述成像控制器内的控制分频器后进行m位分频，产生频率为
Figure FDA0002886004070000012
的低频控制时钟，所述m为输出图像数据的量化位数；在低频控制时钟同步下产生成像分频复位信号对CMOS图像传感器内的分频器进行复位，保证控制分频器和成像分频器之间恒定的相位关系；同时在低频控制时钟同步下产生控制信号Control signal对CMOS图像传感器进行控制；
CMOS图像传感器接收外部的高频时钟，进行m位分频，产生频率为
Figure FDA0002886004070000013
的低频探测器时钟，对输入的控制信号进行采样，并以
Figure FDA0002886004070000014
的频率输出串行图像数据；
CMOS图像传感器内亚稳态采样区的判断方法为：
一、通过控制信号Control signal中的SPI接口控制信号，把CMOS图像传感器内部频率为
Figure FDA0002886004070000015
的低频控制时钟Clk_pix和行读出同步信号SYNC引出，分别连接到外部D触发器的时钟端C和数据输入端D，D触发器的输出端Q送入到成像控制器中；
二、成像控制器通过对D触发器的输出端Q的电平进行连续采样，并进行CMOS图像传感器内采样是否出现亚稳态的判断；
所述是否出现亚稳态的判断标准为：将频率finter作为同步时钟，若检测到高电平，且间隔m个脉冲还能检测到高电平，此状态持续r次，则判定采样稳定；若在rm个频率finter的脉冲的时间内出现了低电平，则判定采样不稳定；r为大于10的正整数。
2.根据权利要求1所述的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，其特征在于，还包括寻找亚稳态采样区域的过程为：
所述CMOS图像传感器稳定采样的最佳采样值为：当采样过程中未检测到亚稳态采样区域，则最佳的采样值设定的计数值为0，控制信号的odelay延迟值为0，成像分频复位信号的odelay延迟值为odelay的最大延迟值的一半；
若检测到的稳定采样区域为α1+β1-δ1,α2+β2-δ2，则最佳的采样值设定为
Figure FDA0002886004070000021
式中，α1为检测到稳定信号的最小计数值，α2为检测到稳定信号的最大计数值，β1为检测到稳定信号计数值为最小值时的控制信号的odelay延迟值，β2为检测到稳定信号计数值为最大值时控制信号的odelay延迟值，δ1为检测到稳定信号计数值为最小值时的成像分频复位信号的odelay延迟值，δ2为检测到稳定信号计数值为最大值时成像分频复位信号的odelay延迟值。
3.根据权利要求1所述的多组TDI CMOS成像系统的同步控制方法，其特征在于，在物理传输路径上要求成像分频信号与所有的控制信号Control signal的延时完全相同，即走线长度偏差Δ≤5mil，在线路板上的相同层传输，在相同的位置进行层切换。
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