CN113542596B - 一种ccd成像仪的成像控制方法 - Google Patents

一种ccd成像仪的成像控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于空间太阳观测技术领域，提供一种CCD成像仪，包括机械快门、滤光片、帧转型CCD、逻辑控制单元、数传单元、上位机，成像仪对观测目标进行光成像探测，观测目标发出的光首先经过机械快门，再经过滤光片，然后在帧转型CCD上成像，上位机向逻辑控制单元发送成像命令，逻辑控制单元控制机械快门的转动，实现光路的遮挡和通光，逻辑控制单元控制滤光片的转动，实现光路成像波段的切换，逻辑控制单元控制帧转型CCD的时序控制，逻辑控制单元控制帧转型CCD，将帧转型CCD所拍摄的图像输出给数传单元，逻辑控制单元控制数传单元，数传单元将图像数传到上位机。本申请的CCD成像仪成像控制方法具有多通道切换、抗干扰、自动曝光功能。

Description

一种CCD成像仪的成像控制方法
技术领域
本申请涉及空间太阳观测技术领域，特别是涉及一种成像仪及成像控制方法。
背景技术
目前，由于太阳具有平静期、活跃期及爆发期等活动周期，对于空间太阳观测仪器，要求具有大的动态观测范围，能够根据太阳的活动情况实时自动切换观测通道和曝光时间，完成多角度、自动化及高质量的成像观测，同时，空间资源具有稀缺紧张的特点，且对于采用帧转移型CCD拍摄强目标时，易受到SMEAR干扰影响，那么，对星载成像仪的成像控制方法要求高，而目前的空间太阳成像仪通常只具有单一功能，在太空不能自动化地完成多功能观测任务。
发明内容
基于此，为解决上述技术问题，本申请提供一种CCD成像仪及成像控制方法。
一方面，本申请提供一种基于帧转移型CCD成像仪，包括机械快门、滤光片、帧转型CCD、逻辑控制单元、数传单元、上位机，
成像仪对观测目标进行光成像探测，观测目标发出的光首先经过所述机械快门，再经过所述滤光片，然后在所述帧转型CCD上成像，所述上位机向所述逻辑控制单元发送成像命令，所述逻辑控制单元控制所述机械快门的转动，实现光路的遮挡和通光，所述逻辑控制单元控制所述滤光片的转动，实现光路成像波段的切换，所述逻辑控制单元控制所述帧转型CCD4的时序控制，所述逻辑控制单元控制所述帧转型CCD，将所述帧转型CCD所拍摄的图像输出给所述数传单元，所述逻辑控制单元控制所述数传单元，所述数传单元将图像数传到所述上位机。
优选的，所述逻辑控制单元可由XILINX公司的XQR2V3000实现。
优选的，所述机械快门和所述滤光片可安装在JXXBHXX步进电机上。
优选的，所述帧转型CCD可由E2V CCD实现。
另一方面，本申请提供一种CCD成像仪的成像控制方法，包括以下步骤：
步骤1，逻辑控制单元判断是否收到上位机发送成像命令，若收到，则进入步骤2，若未收到，则保持待机状态；
步骤2，逻辑控制单元根据图像饱和程度确定下次成像通道和曝光时间，逻辑控制单元根据所确定下次成像曝光时间大小判断机械快门是否使能，若判断机械快门不使能，则进入步骤3，若判断机械快门使能，则进入步骤8；
步骤3，逻辑控制单元判断是否为暗目标第一次成像，若是暗目标第一次成像，则逻辑控制单元驱动机械快门和滤光片转到指定成像通道，直到机械快门和滤光片转动结束，进入步骤4，若不是暗目标第一次成像，则进入步骤4；
步骤4，逻辑控制单元控制帧转型CCD的时序控制，实现对观测目标的图像拍摄，帧转型CCD将图像输出给数传单元，逻辑控制单元直到检测到帧转型CCD输出帧同步下降沿，进入步骤5；
步骤5，逻辑控制单元控制数传单元，数传单元将图像数传到上位机，进入步骤6；
步骤6，逻辑控制单元直到检测到图像数传结束，进入步骤7；
步骤7，逻辑控制单元判断是否收到上位机发送的停止成像命令，若收到，则停止图像拍摄，返回步骤1，若未收到，则返回步骤2；
步骤8，逻辑控制单元驱动滤光片转到指定成像通道，直到滤光片转动结束，进入步骤9；
步骤9，逻辑控制单元驱动机械快门转到指定成像通道，直到机械快门转动结束，进入步骤10；
步骤10，逻辑控制单元控制帧转型CCD的时序控制，实现对观测目标的图像拍摄，逻辑控制单元直到曝光结束，进入步骤11；
步骤11，逻辑控制单元驱动机械快门遮挡光路，直到机械快门转动结束，进入步骤12；
步骤12，逻辑控制单元直到检测到帧转型CCD输出帧同步下降沿，进入步骤13；
步骤13，逻辑控制单元根据曝光时间大小，判断是否需要拍摄SMEAR图像，若需要，则进入步骤9，若不需要，则进入步骤5。
本申请的有益效果：
本申请的成像仪接收到地面测控站的上位机发送的成像命令后，实现了太阳活动由平静期，转变到活跃期，再到爆发期的观测，其成像控制方法具有多通道切换、抗干扰、自动曝光功能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的CCD成像仪的结构组成示意图；
图2为本申请实施例提供的CCD成像仪的成像控制方法流程图。
附图中各标号的含义为：
1、观测目标；2、机械快门；3、滤光片；4、帧转型CCD；
5、逻辑控制单元；6、数传单元；7、上位机。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
实施例1：
本申请提供一种CCD成像仪，包括机械快门2、滤光片3、帧转型CCD4、逻辑控制单元5、数传单元6、上位机7，
成像仪对观测目标进行光成像探测，观测目标发出的光首先经过所述机械快门2，再经过所述滤光片3，然后在所述帧转型CCD4上成像，所述上位机7向所述逻辑控制单元5发送成像命令，所述逻辑控制单元5控制所述机械快门2的转动，实现光路的遮挡和通光，所述逻辑控制单元(5控制所述滤光片(3的转动，实现光路成像波段的切换，所述逻辑控制单元5控制所述帧转型CCD4的时序控制，所述逻辑控制单元5控制所述帧转型CCD4，将所述帧转型CCD4所拍摄的图像输出给所述数传单元6，所述逻辑控制单元5控制所述数传单元6，所述数传单元6将图像数传到所述上位机7。
所述逻辑控制单元5可由XILINX公司的XQR2V3000实现。所述机械快门2和所述滤光片3可安装在JXXBHXX步进电机上。所述帧转型CCD4可由E2V CCD实现。
其工作原理为，首先，成像仪上电后，地面测控站的上位机7向空间太阳成像仪发出成像命令，逻辑控制单元5根据图像饱和程度确定下次成像通道和曝光时间，逻辑控制单元5控制机械快门2和经过滤光片3转到指定成像通道，逻辑控制单元5驱动帧转型CCD4完成图像拍摄，帧转型CCD4将图像传输给数传单元6，然后，逻辑控制单元5控制数传单元6将图像数传到地面测控站的上位机7，完成后期的太阳图像反演研究工作。
实施例2：
请参阅图1，本申请提供一种CCD成像仪的成像控制方法，具体步骤如下：
步骤1，逻辑控制单元5判断是否收到地面测控站的上位机7发送成像命令，若收到，则进入步骤2，若未收到，则保持待机状态。
步骤2，逻辑控制单元5根据程序默认图像饱和程度适中，太阳活动处于平静期，确定下次成像通道为19.5nm和曝光时间600ms，逻辑控制单元5根据所确定下次成像曝光时间大小判断机械快门不使能，则进入步骤3。
步骤3，逻辑控制单元5对太阳进行第一次成像，逻辑控制单元5驱动机械快门2和滤光片3，直到机械快门2转到非遮挡位置，并且滤光片3转动到19.5nm通道后，进入步骤4。
步骤4，逻辑控制单元5控制帧转型CCD4的时序控制，实现太阳的图像拍摄，帧转型CCD4将图像输出给数传单元6，逻辑控制单元5直到检测到帧转型CCD4输出帧同步下降沿，表明帧转型CCD4将整帧图像全部输出到了数传单元6，然后进入步骤5。
步骤5，逻辑控制单元5控制数传单元6，将太阳图像数传到地面测控站的上位机7，进入步骤6。
步骤6，逻辑控制单元5检测到太阳图像数传结束，进入步骤7。
步骤7，逻辑控制单元5判断未收到地面测控站的上位机7发送的停止成像命令，则进入步骤8。
步骤8，逻辑控制单元5根据刚刚所拍摄的太阳图像饱和程度确定下次成像通道仍为19.5nm，但是曝光时间提升为800ms，逻辑控制单元5根据所确定下次成像曝光时间大小判断机械快门不使能，则进入步骤9。
步骤9，逻辑控制单元5判断不是太阳平静期第一次成像，则重复步骤4～步骤8，并在每次步骤8中提高曝光时间，以保证拍摄清晰的太阳图像，则进入步骤10。
步骤10，若太阳活动逐渐剧烈，进入活跃期逻辑控制单元5根据图像饱和程度确定下次成像通道为1nm和曝光时间200ms，逻辑控制单元5根据所确定下次成像曝光时间大小判断机械快门使能，则进入步骤11。
步骤11，逻辑控制单元5驱动滤光片3转到1nm成像通道后，进入步骤12。
步骤12，逻辑控制单元5驱动机械快门2转到非遮挡位置后，进入步骤13。
步骤13，逻辑控制单元5控制帧转型CCD4的时序控制，实现对太阳的图像拍摄，逻辑控制单元5直到曝光结束，进入步骤14。
步骤14，逻辑控制单元5驱动机械快门2遮挡光路，防止太阳强光照在帧转型CCD4图像读出过程中对帧转型CCD4图像的干扰，然后，逻辑控制单元5直到检测到帧转型CCD4输出帧同步下降沿，进入步骤15。
步骤15，逻辑控制单元5根据曝光时间200ms，判断是不需要拍摄SMEAR图像，然后重复步骤5～6，进入步骤16。
步骤16，逻辑控制单元5判断未收到地面测控站的上位机7发送的停止成像命令，则进入步骤17。
步骤17，若太阳活动逐渐剧烈，进入爆发期，逻辑控制单元5根据刚刚所拍摄的太阳图像饱和程度确定下次成像通道仍为1nm，但是曝光时间下降为50ms，逻辑控制单元5根据所确定下次成像曝光时间大小判断机械快门使能，重复步骤11～14，进入步骤18。
步骤18，逻辑控制单元5根据曝光时间大小50ms，判断需要拍摄SMEAR图像，重复步骤11～14，完成SMEAR图像拍摄，然后，重复步骤5～6，将正常太阳图像和SMEAR图像数传到地面测控站的上位机7，进入步骤19。
步骤19，逻辑控制单元5判断收到地面测控站的上位机7发送的停止成像命令，则停止图像拍摄，然后返回步骤1。
本申请的CCD成像仪成像控制方法具有多通道切换、抗干扰、自动曝光功能。以上实施例完成以下观测过程，成像仪接收到地面测控站的上位机发送的成像命令后，实现了太阳活动由平静期，转变到活跃期，再到爆发期的观测，成像仪接收到地面测控站的上位机发送的停止成像命令后，返回待机状态。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种CCD成像仪的成像控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，逻辑控制单元(5)判断是否收到上位机(7)发送成像命令，若收到，则进入步骤2，若未收到，则保持待机状态；
步骤2，逻辑控制单元(5)根据图像饱和程度确定下次成像通道和曝光时间，逻辑控制单元(5)根据所确定下次成像曝光时间大小判断机械快门是否使能，若判断机械快门不使能，则进入步骤3，若判断机械快门使能，则进入步骤8；
步骤3，逻辑控制单元(5)判断是否为暗目标第一次成像，若是暗目标第一次成像，则逻辑控制单元(5)驱动机械快门(2)和滤光片(3)转到指定成像通道，直到机械快门(2)和滤光片(3)转动结束，进入步骤4，若不是暗目标第一次成像，则进入步骤4；
步骤4，逻辑控制单元(5)控制帧转型CCD(4)的时序控制，实现对观测目标(1)的图像拍摄，帧转型CCD(4)将图像输出给数传单元(6)，逻辑控制单元(5)直到检测到帧转型CCD(4)输出帧同步下降沿，进入步骤5；
步骤5，逻辑控制单元(5)控制数传单元(6)，数传单元(6)将图像数传到上位机(7)，进入步骤6；
步骤6，逻辑控制单元(5)直到检测到图像数传结束，进入步骤7；
步骤7，逻辑控制单元(5)判断是否收到上位机(7)发送的停止成像命令，若收到，则停止图像拍摄，返回步骤1，若未收到，则返回步骤2；
步骤8，逻辑控制单元(5)驱动滤光片(3)转到指定成像通道，直到滤光片(3)转动结束，进入步骤9；
步骤9，逻辑控制单元(5)驱动机械快门(2)转到指定成像通道，直到机械快门(2)转动结束，进入步骤10；
步骤10，逻辑控制单元(5)控制帧转型CCD(4)的时序控制，实现对观测目标(1)的图像拍摄，逻辑控制单元(5)直到曝光结束，进入步骤11；
步骤11，逻辑控制单元(5)驱动机械快门(2)遮挡光路，直到机械快门(2)转动结束，进入步骤12；
步骤12，逻辑控制单元(5)直到检测到帧转型CCD(4)输出帧同步下降沿，进入步骤13；
步骤13，逻辑控制单元(5)根据曝光时间大小，判断是否需要拍摄SMEAR图像，若需要，则进入步骤9，若不需要，则进入步骤5。
2.根据权利要求1所述的CCD成像仪的成像控制方法，其特征在于，所述成像仪包括机械快门(2)、滤光片(3)、帧转型CCD(4)、逻辑控制单元(5)、数传单元(6)、上位机(7)，
所述成像仪对观测目标(1)进行光成像探测，观测目标发出的光首先经过所述机械快门(2)，再经过所述滤光片(3)，然后在所述帧转型CCD(4)上成像，所述上位机(7)向所述逻辑控制单元(5)发送成像命令，所述逻辑控制单元(5)控制所述机械快门(2)的转动，实现光路的遮挡和通光，所述逻辑控制单元(5)控制所述滤光片(3)的转动，实现光路成像波段的切换，所述逻辑控制单元(5)控制所述帧转型CCD(4)的时序控制，所述逻辑控制单元(5)控制所述帧转型CCD(4)，将所述帧转型CCD(4)所拍摄的图像输出给所述数传单元(6)，所述逻辑控制单元(5)控制所述数传单元(6)，所述数传单元(6)将图像数传到所述上位机(7)。
3.根据权利要求2所述的CCD成像仪的成像控制方法，其特征在于，所述逻辑控制单元(5)可由XILINX公司的XQR2V3000实现。
4.根据权利要求2所述的CCD成像仪的成像控制方法，其特征在于，所述机械快门(2)和所述滤光片(3)可安装在JXXBHXX步进电机上。
5.根据权利要求2所述的CCD成像仪的成像控制方法，其特征在于，所述帧转型CCD(4)可由E2V CCD实现。
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