CN111787245A - 一种基于fpga的ccd星敏感器串并联动图像采集方法及系统 - Google Patents
一种基于fpga的ccd星敏感器串并联动图像采集方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集方法及系统，该方法在原有以串行控制流程进行图像采集的基础上，根据CCD星敏感器的工作特点，将存储区和图像区的功能进行拆分，提出以串并联动的方式进行图像采集的方案，从而大幅缩短一次图像采集所需要的时间，进而缩短CCD星敏感器的处理周期，进行高速成像采集工作。
Description
技术领域
本发明属于图像处理、计算成像技术领域，设计了一类对Hadamard矩阵测量基进行排序的方法。
背景技术
在计算成像、关联成像、计算鬼成像、计算量子成像，单像素相机，结构光照明成像或三维单像素激光雷达成像等技术中，编码矩阵的选择与优化决定着图像重建速度和图像信噪比，是上述领域的核心技术和关键技术。编码矩阵的选择直接影响重建算法的执行效率和图像重建效果，并且算法的优化也需要考虑编码矩阵的特征。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集设计方法，该方法根据CCD星敏感器的工作特点，将存储区和图像区的功能进行拆分，提出以串并联动的方式进行图像采集的方案，从而大幅缩短一次图像采集所需要的时间，进而缩短CCD星敏感器的处理周期，进行高速成像采集工作。
本发明解决技术的方案是：一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集方法，包括串行控制流程和串并联动控制流程，方法步骤如下：
(1)CCD星敏感器启动后，默认为串行控制流程，开始输出图像区电荷泄放时序，并监测外部触发信号Trig的下降沿，进行步骤(2)；
(2)当监测到外部触发信号Trig的下降沿时，停止图像区电荷泄放，开始图像区电荷积分，输出图像区积分时序，并监测外部触发信号Trig的上升沿，进行步骤(3)；
(3)当监测到外部触发信号Trig的上升沿时，停止图像区电荷积分，并进行判断，如果此时存储区全图或窗口电荷水平转移及读出已完成，则开始输出图像区向存储区的电荷转移时序，进行步骤(4)，否则继续进行尚未完成的存储区电荷水平转移及读出，等待下一个外部触发信号Trig的上升沿；
(4)图像区向存储区电荷转移完成后，根据流程控制参数进行判断，启动串行控制流程或串并联动控制流程，如果为串行控制流程则进行步骤(5)、(6)，否则启动串并联动控制流程，进行步骤(7)、(8)、(9)、(10)、(11)；
(5)输出存储区全图电荷水平转移及读出时序，并进行数据采集及下传，进行步骤(6)；
(6)当存储区全图电荷水平转移及读出完成后，开始输出图像区电荷泄放时序，并监测外部触发信号Trig的下降沿，返回步骤(2)；
(7)存储区开始输出存储区全图或窗口电荷水平转移及读出时序，并进行数据采集及下传，图像区进行空闲状态，同时对触发信号Trig的下降沿进行监测，进行步骤(8)；
(8)当监测到触发信号Trig的下降沿时，暂停输出存储区全图或窗口电荷水平转移及读出时序，进行步骤(9)，此时图像区仍保持空闲状态；
(9)输出图像区电荷泄放时序，将所有像元进行电荷泄放后，进行步骤(10)；
(10)开始输出图像区积分信号，同时重新启动存储区全图或窗口电荷水平转移及读出，存储区继续进行全图或窗口电荷水平转移及读出时序，并返回步骤(3)。
优选的，当CCD敏感器处于捕获状态时，通过流程控制参数进入串行控制流程；当CCD敏感器处于跟踪状态时，通过流程控制参数进入串并联动控制流程。
优选的，依托水平移位寄存器和AD芯片实现全图电荷水平转移及读出，具体步骤如下：
假设全图电荷水平转移及读出共需采集n×m个像元的图像数据；
首先生成水平转移时序，完成一行电荷从存储区向水平移位寄存器的转移；
然后生成水平读出时序，完成一行电荷从水平寄存器输出到AD芯片的操作；在生成水平读出时序的同时，采集AD芯片模数转换后的数据并完成下传；
重复上述操作，直至n×m个像元全部处理完成。
优选的，通过状态机实现全图电荷水平转移及读出操作：
状态①：将水平移位寄存器恢复到初始值，当接收到的启动信号为‘1’时，跳转至状态②；
状态②：生成水平转移时序，将一行电荷从存储区转移到水平寄存器中，行计数加1，跳转至状态③；
状态③：生成水平读出时序，共输出m列，同时采集AD芯片转换的数据，并生成下传时序将数据下传；此时对行计数的值进行判断，如果未达到n行，再次跳转至状态②，否则跳转至状态④；
状态④：完成全图电荷水平转移及读出，跳转至状态①，等待启动信号。
优选的，存储区窗口电荷水平转移及读出、数据采集及下传的具体实现方法如下：
假设窗口电荷水平转移及读出所需采集的i×j×j个像元的图像数据，该图像数据来自n×m个像元的全图图像；其中i为窗口数量、j为窗口大小，均为可配置参数；
首先生成水平转移时序，完成一行电荷从存储区向水平移位寄存器的转移，共需转移n行；对于包含有效窗口的行，共需生成m列的快速或慢速水平读出时序，针对窗口内的像元，根据生成的慢速水平读出时序，完成一次电荷从水平寄存器输出到AD芯片的操作，窗口外的像元根据生成快速水平读出时序读出；在生成慢速列时序的同时，完成窗口内数据采集及下传；对于不包含有效窗口的行，不生成水平读出时序，继续转移下一行。
优选的，所述的快速水平读出时序的频率优选为慢速水平读出时序的2倍。
优选的，通过状态机实现存储区窗口电荷水平转移及读出、数据采集及下传：
状态1：将水平移位寄存器恢复到初始值，当接收到的启动信号为‘1’时，跳转至状态2；
状态2：根据外部输入的窗口位置、数量、大小更新窗口参数，跳转至状态3；
状态3：对接收到的暂停信号进行判断，如果暂停信号为‘0’，则对下一行的有效状态进行判断，如果下一行有效，则跳转至状态4，否则跳转至状态5；如果暂停信号为‘1’，跳转至信号状态12；
状态4：判断当前行状态，若当前行为无效行，则以快速水平读出时序空读一行后跳转至状态5，否则直接跳转至状态5；
状态5：生成水平转移时序，将下一行电荷从存储区转移到水平寄存器中，跳转至状态6；该转移的下一行电荷记为后续处理的当前行；
状态6：判断当前行状态，行计数加1，如果为无效行，则直接跳转至状态3，否则为有效行，跳转至状态7；
状态7：判断当前列状态，如果在窗口内，则跳转至状态8；如果在窗口外，则跳转至状态9；如果达到最后一列，跳转至状态10；
状态8：输出慢速水平读出时序，将当前列数据输入至AD芯片进行模数转换，同时采集AD芯片转换的数据，并生成下传时序将数据下传，将下一列作为当前列跳转至状态7；
状态9：则输出快速水平读出时序，将下一列作为当前列跳转至状态7；
状态10：对行计数的值进行判断，如果未达到n行，跳转至状态3，否则跳转至状态11；
状态11：完成窗口电荷水平转移及读出，跳转至状态1，等待启动信号；
状态12：暂停窗口电荷水平转移及读出时序，监测暂停信号的状态，当暂停信号为‘0’时，跳转至状态13；
状态13：以慢速水平读出时序空读一行后跳转至状态3。
一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集系统，包括在FPGA中实现的流程控制模块、图像区电荷泄放模块、图像区电荷积分模块、图像区向存储区转移模块、存储区电荷水平转移及读出模块、参数接收模块；
参数接收模块接收流程控制参数，并输送至流程控制模块；
所述的流程控制模块在CCD星敏感器启动后控制进入串行控制流程；根据流程控制参数确定执行串行控制流程还是串并联动控制流程；在确定的控制流程下，通过监测外部触发信号Trig，发送指令启动或者停止图像区电荷泄放模块、图像区电荷积分模块、图像区向存储区转移模块、存储区电荷水平转移及读出模块；由图像区电荷泄放模块输出图像区电荷泄放时序，图像区电荷积分模块输出图像区积分时序，图像区向存储区转移模块输出图像区向存储区的电荷转移时序，存储区电荷水平转移及读出模块输出存储区全图或者窗口电荷水平转移及读出时序。
优选的，所述的流程控制模块具体通过下述方式实现：
(S1)CCD星敏感器启动后，默认进入串行控制流程、存储区电荷水平转移及读出已完成，启动图像区电荷泄放模块，并监测外部触发信号Trig的下降沿，进行步骤(S2)；
(S2)当监测到外部触发信号Trig的下降沿时，停止图像区电荷泄放，启动图像区电荷积分模块，并监测外部触发信号Trig的上升沿，进行步骤(S3)；
(S3)当监测到外部触发信号Trig的上升沿时，停止图像区电荷积分，并进行判断，如果此时存储区电荷水平转移及读出已完成，则开始启动图像区向存储区电荷模块，进行步骤(S4)，否则继续进行存储区电荷水平转移及读出，等待下一个外部触发信号Trig的上升沿；
(S4)图像区向存储区电荷转移完成后，根据流程控制参数进行判断，启动串行控制流程或串并联动控制流程，如果为串行控制流程则进行步骤(S5)、(S6)，否则为串并联动控制流程，进行步骤(S7)、(S8)、(S9)、(S10)、(S11)；
(S5)启动存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤(S6)；
(S6)当存储区电荷水平转移及读出完成后，启动图像区电荷泄放模块，并监测外部触发信号Trig的下降沿，然后返回步骤(S2)；
(S7)启动存储区电荷水平转移及读出模块，图像区进行空闲状态，同时对触发信号Trig的下降沿进行监测，进行步骤(S8)；
(S8)当监测到触发信号Trig的下降沿时，控制存储区电荷水平转移及读出模块暂停输出存储区电荷水平转移及读出时序，进行步骤(S9)，此时图像区仍保持空闲状态；
(S9)启动图像区电荷泄放模块，将所有像元进行电荷泄放后，进行步骤(S10)；
(S10)控制输出图像区积分信号，同时重新启动存储区电荷水平转移及读出模块，返回步骤(S3)。
优选的，暂停输出存储区电荷水平转移及读出并重新开始的具体实现方法如下：
步骤a：串并联动控制流程下，当流程控制模块监测到外部触发信号Trig的下降沿时，将暂停信号置为‘1’并输出给存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤b；
步骤b：存储区水平读出及转移模块在完成当前行的水平读出后，响应来自流程控制模块的暂停信号，将正在进行的窗口电荷水平转移及读出暂停，各信号输出值为上电默认状态，并向流程控制模块输出已经处于暂停状态的信号，进行步骤c；
步骤c：流程控制模块监测到存储区水平读出及转移模块已经处于暂停状态后，启动图像区电荷泄放模块，开始输出图像区电荷泄放时序信号，进行步骤d；
步骤d：当图像区所有像元完成电荷泄放后，流程控制模块将图像区设置为图像区光积分状态，并将暂停信号置为‘0’，输出给存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤e；
步骤e：存储区水平读出及转移模块监测到暂停信号为‘0’后，首先对当前水平寄存器以慢速水平读出时序空读一行，然后继续输出窗口电荷水平转移及读出时序，同时将状态信号恢复为正常状态。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)采用模块化的方式，设计并实现了CCD星敏感器在图像采集流程中所需的信号时序；
(2)设计并实现了串并联动控制流程工作方法，针对图像区和存储区直接同时工作会引入较大图像噪声的问题，提出了新的设计方法，在保证图像效果的同时提高采图效率，缩短采图周期；
(3)利用状态机实现CCD星敏感器的工作流程控制，包括串行控制流程、串并联动控制流程以及两种控制流程之间切换的功能；
(4)本发明创造性地提出、设计并实现了CCD星敏感器的串并联动控制流程，并通过“图像区电荷泄放”和“存储区电荷水平转移及读出”联动设计，避免了两个阶段同时进行引起的成像素质不佳，保持了CCD星敏感器高光电转换灵敏度以及高信噪比的优点；
(5)本发明完成对CCD星敏感器的工作流程进行控制，支持串行控制流程、串并联动控制流程以及两个控制流程间的切换，切换只需要通过参数即可完成，具有很好的灵活性和易用性。
(6)本发明所提出的串并联动控制流程，相较于传统控制流程2Hz的采图频率，通与窗口模式电荷水平转移及读出相结合，采图频率可以达到5Hz，可以有效地降低采集一幅图像所需要的时间，进行高速恒星图像采集及处理，大幅节约系统处理时间，直观、快速、准确的提高了GNC分系统的制导导航运算效率。
附图说明
图1为本发明串行控制流程及串并联动控制流程对比示意图；
图2为本发明实施方法流程图；
图3为本发明存储区全图电荷水平转移及读出、数据采集及下传状态机转移图；
图4为本发明存储区窗口电荷水平转移及读出、数据采集及下传状态机转移图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明利用FPGA实现，为一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集设计方法，流程图如图1、2所示，与之对应的功能模块可以为设计在FPGA上的流程控制模块、图像区电荷泄放模块、图像区电荷积分模块、图像区向存储区转移模块、存储区电荷水平转移及读出模块、参数接收模块，整个流程在流程控制模块的控制下进行，流程如下：
(1)CCD星敏感器启动后，默认为串行控制流程，首先启动图像区电荷泄放模块，开始输出图像区电荷泄放时序，并监测外部触发信号(Trig)的下降沿，进行步骤(2)；
(2)当监测到外部触发信号(Trig)的下降沿时，停止图像区电荷泄放，开始图像区电荷积分，输出图像区积分时序，并监测外部触发信号(Trig)的上升沿，进行步骤(3)；
(3)当监测到外部触发信号(Trig)的上升沿时，停止图像区电荷积分，并进行判断，如果此时存储区电荷水平转移及读出已完成(启动后默认为完成状态)，则开始启动图像区向存储区电荷模块，开始输出图像区向存储区的电荷转移时序，进行步骤(4)，否则继续进行存储区电荷水平转移及读出，等待下一个外部触发信号(Trig)的上升沿；
(4)图像区向存储区电荷转移完成后，根据流程控制参数进行判断，启动串行控制流程或串并联动控制流程，如果为串行控制流程则进行步骤(5)、(6)，否则为串并联动控制流程，进行步骤(7)、(8)、(9)、(10)、(11)；
流程控制参数通过参数接收模块接收。CCD星敏感器启动后，首先进入捕获状态，即采用串行控制流程，并进行存储区全图模式电荷水平转移及读出；捕获完成后，通过发送流程控制参数，使CCD星敏感器进入跟踪状态，开始进行串并联动控制流程，结合存储区窗口模式电荷水平转移及读出，实现高速图像采集。
(5)启动存储区电荷水平转移及读出模块，输出存储区全图电荷水平转移及读出时序，并进行数据采集及下传，进行步骤(6)；
假设全图电荷水平转移及读出共需采集n×m个像元的图像数据；
首先生成水平转移时序，完成一行电荷从存储区向水平移位寄存器的转移；
然后生成水平读出时序，完成一行电荷从水平寄存器输出到AD芯片的操作；在生成水平读出时序的同时，采集AD芯片模数转换后的数据并完成下传；
重复上述操作，直至n×m个像元全部处理完成。
状态机如图3所示描述如下：
状态①：将所有寄存器恢复到初始值，当启动信号为‘1’时，跳转至状态②，开始进行电荷水平转移及读出、图像数据采集及下传；
状态②：生成水平转移时序，将一行电荷从存储区转移到水平寄存器中，行计数加1，跳转至状态③；
状态③：生成水平读出时序，共输出m列，同时采集AD芯片转换的数据，并生成下传时序将数据下传；此时对行计数的值进行判断，如果未达到n行，说明全图电荷水平转移及读出未完成，再次跳转至状态②，否则跳转至状态④；
状态④：完成全图电荷水平转移及读出，跳转至状态①，等待启动信号。
(6)当存储区电荷水平转移及读出完成后，启动图像区电荷泄放模块，开始输出图像区电荷泄放时序，并监测外部触发信号(Trig)的下降沿，然后再次进行步骤(2)；
(7)启动存储区电荷水平转移及读出模块，存储区开始输出存储区窗口电荷水平转移及读出时序，并进行数据采集及下传，图像区进行空闲状态，同时对触发信号(Trig)的下降沿进行监测，进行步骤(8)；
窗口电荷水平转移及读出功能所需采集的i×j×j个像元的图像数据(该i个窗口来自同一副全图图像)，其中i为窗口数量、j为窗口大小，均可通过参数接收模块进行配置；首先生成水平转移时序，完成一行电荷从存储区向水平移位寄存器的转移，共需转移n行(与全图电荷水平转移及读出一致)；对于包含有效窗口的行，共需读出m列(与全图电荷水平转移及读出一致)，窗口内的像元生成慢速水平读出时序，完成一次电荷从水平寄存器输出到AD芯片的操作，窗口外的像元生成快速水平读出时序；在生成慢速列时序的同时，完成窗口内数据采集及下传。状态机如图4所示，描述如下：
状态1：将水平移位寄存器恢复到初始值，当接收到的启动信号为‘1’时，跳转至状态2；
状态2：根据外部输入的窗口位置、数量、大小更新窗口参数，跳转至状态3；
状态3：对接收到的暂停信号进行判断，如果暂停信号为‘0’，则对下一行的有效状态进行判断，如果下一行有效，则跳转至状态4，否则跳转至状态5；如果暂停信号为‘1’，跳转至信号状态12；
状态4：判断当前行状态，若当前行为无效行，则以快速水平读出时序空读一行(m列，不采集数据)后跳转至状态5，否则直接跳转至状态5；
状态5：生成水平转移时序，将下一行电荷从存储区转移到水平寄存器中，跳转至状态6；该转移的下一行电荷记为后续处理的当前行；
状态6：判断当前行状态，行计数加1，如果为无效行，则直接跳转至状态3，否则为有效行，跳转至状态7；
状态7：判断当前列状态，如果在窗口内，则跳转至状态8；如果在窗口外，则跳转至状态9；如果达到最后一列，跳转至状态10；
状态8：输出慢速水平读出时序，将当前列数据输入至AD芯片进行模数转换，同时采集AD芯片转换的数据，并生成下传时序将数据下传，将下一列作为当前列跳转至状态7；
状态9：则输出快速水平读出时序，将下一列作为当前列跳转至状态7；
状态10：对行计数的值进行判断，如果未达到n行，跳转至状态3，否则跳转至状态11；
状态11：完成窗口电荷水平转移及读出，跳转至状态1，等待启动信号；
状态12：暂停窗口电荷水平转移及读出时序，监测暂停信号的状态，当暂停信号为‘0’时，跳转至状态13；
状态13：以慢速水平读出时序空读一行(m列，不采集数据)后跳转至状态3。
(8)当监测到触发信号(Trig)的下降沿时，控制存储区电荷水平转移及读出模块暂停输出存储区电荷水平转移及读出时序，进行步骤(9)，此时图像区仍保持空闲状态；
(9)启动图像区电荷泄放模块，输出图像区电荷泄放时序，将所有像元进行电荷泄放后，进行步骤(10)
(10)图像区完成电荷泄放后，开始输出图像区积分信号，同时重新启动存储区电荷水平转移及读出，存储区继续进行电荷水平转移及读出时序，并再次进行步骤(3)；
所述步骤(8)～(10)中的暂停电荷水平转移及读出并重新开始的具体实现方法如下：
步骤a：串并联动控制流程下，当流程控制模块接收到外部触发信号(Trig)的下降沿时，将暂停信号置为‘1’并输出给存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤b；
步骤b：存储区水平读出及转移模块在完成当前行的水平读出后，响应来自流程控制模块的暂停信号，将正在进行的窗口电荷水平转移及读出暂停，各信号输出值为上电默认状态，并向流程控制模块输出已经处于暂停状态的信号，进行步骤c；
步骤c：流程控制模块监测到存储区水平读出及转移模块已经处于暂停状态后，启动图像区电荷泄放模块，开始输出图像区电荷泄放时序信号，进行步骤d；
步骤d：当图像区所有像元完成电荷泄放后，流程控制模块将图像区设置为图像区光积分状态，并将暂停信号置为‘0’，输出给存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤e；
步骤e：存储区水平读出及转移模块监测到暂停信号为‘0’后，首先对当前水平寄存器以慢速读出时序空读一行，然后继续输出窗口电荷水平转移及读出时序，同时将状态信号恢复为正常状态。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集方法，其特征在于包括串行控制流程和串并联动控制流程，方法步骤如下：
(1)CCD星敏感器启动后，默认为串行控制流程，开始输出图像区电荷泄放时序，并监测外部触发信号Trig的下降沿，进行步骤(2)；
(2)当监测到外部触发信号Trig的下降沿时，停止图像区电荷泄放，开始图像区电荷积分，输出图像区积分时序，并监测外部触发信号Trig的上升沿，进行步骤(3)；
(3)当监测到外部触发信号Trig的上升沿时，停止图像区电荷积分，并进行判断，如果此时存储区全图或窗口电荷水平转移及读出已完成，则开始输出图像区向存储区的电荷转移时序，进行步骤(4)，否则继续进行尚未完成的存储区电荷水平转移及读出，等待下一个外部触发信号Trig的上升沿；
(4)图像区向存储区电荷转移完成后，根据流程控制参数进行判断，启动串行控制流程或串并联动控制流程，如果为串行控制流程则进行步骤(5)、(6)，否则启动串并联动控制流程，进行步骤(7)、(8)、(9)、(10)、(11)；
(5)输出存储区全图电荷水平转移及读出时序，并进行数据采集及下传，进行步骤(6)；
(6)当存储区全图电荷水平转移及读出完成后，开始输出图像区电荷泄放时序，并监测外部触发信号Trig的下降沿，返回步骤(2)；
(7)存储区开始输出存储区全图或窗口电荷水平转移及读出时序，并进行数据采集及下传，图像区进行空闲状态，同时对触发信号Trig的下降沿进行监测，进行步骤(8)；
(8)当监测到触发信号Trig的下降沿时，暂停输出存储区全图或窗口电荷水平转移及读出时序，进行步骤(9)，此时图像区仍保持空闲状态；
(9)输出图像区电荷泄放时序，将所有像元进行电荷泄放后，进行步骤(10)；
(10)开始输出图像区积分信号，同时重新启动存储区全图或窗口电荷水平转移及读出，存储区继续进行全图或窗口电荷水平转移及读出时序，并返回步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当CCD敏感器处于捕获状态时，通过流程控制参数进入串行控制流程；当CCD敏感器处于跟踪状态时，通过流程控制参数进入串并联动控制流程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：依托水平移位寄存器和AD芯片实现全图电荷水平转移及读出，具体步骤如下：
假设全图电荷水平转移及读出共需采集n×m个像元的图像数据；
首先生成水平转移时序，完成一行电荷从存储区向水平移位寄存器的转移；
然后生成水平读出时序，完成一行电荷从水平寄存器输出到AD芯片的操作；在生成水平读出时序的同时，采集AD芯片模数转换后的数据并完成下传；
重复上述操作，直至n×m个像元全部处理完成。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：通过状态机实现全图电荷水平转移及读出操作：
状态①：将水平移位寄存器恢复到初始值，当接收到的启动信号为‘1’时，跳转至状态②；
状态②：生成水平转移时序，将一行电荷从存储区转移到水平寄存器中，行计数加1，跳转至状态③；
状态③：生成水平读出时序，共输出m列，同时采集AD芯片转换的数据，并生成下传时序将数据下传；此时对行计数的值进行判断，如果未达到n行，再次跳转至状态②，否则跳转至状态④；
状态④：完成全图电荷水平转移及读出，跳转至状态①，等待启动信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：存储区窗口电荷水平转移及读出、数据采集及下传的具体实现方法如下：
假设窗口电荷水平转移及读出所需采集的i×j×j个像元的图像数据，该图像数据来自n×m个像元的全图图像；其中i为窗口数量、j为窗口大小，均为可配置参数；
首先生成水平转移时序，完成一行电荷从存储区向水平移位寄存器的转移，共需转移n行；对于包含有效窗口的行，共需生成m列的快速或慢速水平读出时序，针对窗口内的像元，根据生成的慢速水平读出时序，完成一次电荷从水平寄存器输出到AD芯片的操作，窗口外的像元根据生成快速水平读出时序读出；在生成慢速列时序的同时，完成窗口内数据采集及下传；对于不包含有效窗口的行，不生成水平读出时序，继续转移下一行。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的快速水平读出时序的频率优选为慢速水平读出时序的2倍。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：通过状态机实现存储区窗口电荷水平转移及读出、数据采集及下传：
状态1：将水平移位寄存器恢复到初始值，当接收到的启动信号为‘1’时，跳转至状态2；
状态2：根据外部输入的窗口位置、数量、大小更新窗口参数，跳转至状态3；
状态3：对接收到的暂停信号进行判断，如果暂停信号为‘0’，则对下一行的有效状态进行判断，如果下一行有效，则跳转至状态4，否则跳转至状态5；如果暂停信号为‘1’，跳转至信号状态12；
状态4：判断当前行状态，若当前行为无效行，则以快速水平读出时序空读一行后跳转至状态5，否则直接跳转至状态5；
状态5：生成水平转移时序，将下一行电荷从存储区转移到水平寄存器中，跳转至状态6；该转移的下一行电荷记为后续处理的当前行；
状态6：判断当前行状态，行计数加1，如果为无效行，则直接跳转至状态3，否则为有效行，跳转至状态7；
状态7：判断当前列状态，如果在窗口内，则跳转至状态8；如果在窗口外，则跳转至状态9；如果达到最后一列，跳转至状态10；
状态8：输出慢速水平读出时序，将当前列数据输入至AD芯片进行模数转换，同时采集AD芯片转换的数据，并生成下传时序将数据下传，将下一列作为当前列跳转至状态7；
状态9：则输出快速水平读出时序，将下一列作为当前列跳转至状态7；
状态10：对行计数的值进行判断，如果未达到n行，跳转至状态3，否则跳转至状态11；
状态11：完成窗口电荷水平转移及读出，跳转至状态1，等待启动信号；
状态12：暂停窗口电荷水平转移及读出时序，监测暂停信号的状态，当暂停信号为‘0’时，跳转至状态13；
状态13：以慢速水平读出时序空读一行后跳转至状态3。
8.一种基于FPGA的CCD星敏感器串并联动图像采集系统，其特征在于：包括在FPGA中实现的流程控制模块、图像区电荷泄放模块、图像区电荷积分模块、图像区向存储区转移模块、存储区电荷水平转移及读出模块、参数接收模块；
参数接收模块接收流程控制参数，并输送至流程控制模块；
所述的流程控制模块在CCD星敏感器启动后控制进入串行控制流程；根据流程控制参数确定执行串行控制流程还是串并联动控制流程；在确定的控制流程下，通过监测外部触发信号Trig，发送指令启动或者停止图像区电荷泄放模块、图像区电荷积分模块、图像区向存储区转移模块、存储区电荷水平转移及读出模块；由图像区电荷泄放模块输出图像区电荷泄放时序，图像区电荷积分模块输出图像区积分时序，图像区向存储区转移模块输出图像区向存储区的电荷转移时序，存储区电荷水平转移及读出模块输出存储区全图或者窗口电荷水平转移及读出时序。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述的流程控制模块具体通过下述方式实现：
(S1)CCD星敏感器启动后，默认进入串行控制流程、存储区电荷水平转移及读出已完成，启动图像区电荷泄放模块，并监测外部触发信号Trig的下降沿，进行步骤(S2)；
(S2)当监测到外部触发信号Trig的下降沿时，停止图像区电荷泄放，启动图像区电荷积分模块，并监测外部触发信号Trig的上升沿，进行步骤(S3)；
(S3)当监测到外部触发信号Trig的上升沿时，停止图像区电荷积分，并进行判断，如果此时存储区电荷水平转移及读出已完成，则开始启动图像区向存储区电荷模块，进行步骤(S4)，否则继续进行存储区电荷水平转移及读出，等待下一个外部触发信号Trig的上升沿；
(S4)图像区向存储区电荷转移完成后，根据流程控制参数进行判断，启动串行控制流程或串并联动控制流程，如果为串行控制流程则进行步骤(S5)、(S6)，否则为串并联动控制流程，进行步骤(S7)、(S8)、(S9)、(S10)、(S11)；
(S5)启动存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤(S6)；
(S6)当存储区电荷水平转移及读出完成后，启动图像区电荷泄放模块，并监测外部触发信号Trig的下降沿，然后返回步骤(S2)；
(S7)启动存储区电荷水平转移及读出模块，图像区进行空闲状态，同时对触发信号Trig的下降沿进行监测，进行步骤(S8)；
(S8)当监测到触发信号Trig的下降沿时，控制存储区电荷水平转移及读出模块暂停输出存储区电荷水平转移及读出时序，进行步骤(S9)，此时图像区仍保持空闲状态；
(S9)启动图像区电荷泄放模块，将所有像元进行电荷泄放后，进行步骤(S10)；
(S10)控制输出图像区积分信号，同时重新启动存储区电荷水平转移及读出模块，返回步骤(S3)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：暂停输出存储区电荷水平转移及读出并重新开始的具体实现方法如下：
步骤a：串并联动控制流程下，当流程控制模块监测到外部触发信号Trig的下降沿时，将暂停信号置为‘1’并输出给存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤b；
步骤b：存储区水平读出及转移模块在完成当前行的水平读出后，响应来自流程控制模块的暂停信号，将正在进行的窗口电荷水平转移及读出暂停，各信号输出值为上电默认状态，并向流程控制模块输出已经处于暂停状态的信号，进行步骤c；
步骤c：流程控制模块监测到存储区水平读出及转移模块已经处于暂停状态后，启动图像区电荷泄放模块，开始输出图像区电荷泄放时序信号，进行步骤d；
步骤d：当图像区所有像元完成电荷泄放后，流程控制模块将图像区设置为图像区光积分状态，并将暂停信号置为‘0’，输出给存储区电荷水平转移及读出模块，进行步骤e；
步骤e：存储区水平读出及转移模块监测到暂停信号为‘0’后，首先对当前水平寄存器以慢速水平读出时序空读一行，然后继续输出窗口电荷水平转移及读出时序，同时将状态信号恢复为正常状态。
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