RU2766416C1 - Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices - Google Patents

Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices Download PDF

Info

Publication number
RU2766416C1
RU2766416C1 RU2021113395A RU2021113395A RU2766416C1 RU 2766416 C1 RU2766416 C1 RU 2766416C1 RU 2021113395 A RU2021113395 A RU 2021113395A RU 2021113395 A RU2021113395 A RU 2021113395A RU 2766416 C1 RU2766416 C1 RU 2766416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
accumulation time
signal accumulation
charge
spectrum
amplitude
Prior art date
Application number
RU2021113395A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Геннадьевич Морозов
Ильнур Ильдарович Нуреев
Владимир Иванович Анфиногентов
Айрат Жавдатович Сахабутдинов
Александр Алексеевич Иванов
Артем Анатольевич Кузнецов
Тимур Артурович Аглиуллин
Сафаа Мохаммед Ридха Хуссейн Хуссейн
Роберт Радикович Губайдуллин
Константин Алексеевич Липатников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority to RU2021113395A priority Critical patent/RU2766416C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766416C1 publication Critical patent/RU2766416C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: measuring technology.
SUBSTANCE: invention relates to measuring technology, namely to the field of spectroscopy, and can be used to analyze the data of the received spectrum of optical signals from a charge-coupled device. The method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices consists in projecting an image onto a photosensitive surface of a charge-coupled device, accumulating charge packets, and calculating a discretely specified signal accumulation time tj in the range from t0 to the maximum allowable signal accumulation time tN and measuring the amplitude of the spectrum components of the received wideband image signal for all values ​​of tj, on the basis of which the coefficient of the linear dependence of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point in the i-th optical element of the matrix device with a charge-coupling from the signal accumulation time Ki is calculated and the coefficients of the linear dependence of the angular coefficient of increase in the output current amplitude of a point of the spectrum with increasing signal accumulation time α and β to recalculate and correct the amplitude of the output current at each point of the spectrum of the projected image.
EFFECT: improving the accuracy of correction of non-linear distortions of the spectrum obtained on the spectrum analyzer.
1 cl, 2 dwg

Description

Способ относится к измерительной технике в области спектроскопии и может быть использован для анализа данных принимаемого спектра оптических сигналов с прибора с зарядовой связью.The method relates to measuring technique in the field of spectroscopy and can be used to analyze the data of the received spectrum of optical signals from a charge-coupled device.

Известен способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью (см. патент RU2569811, опубликован 27.11.2015), заключающийся в пространственно-временной обработке изображения в виде свертки изображения, проецируемого на матрицу фоточувствительных приборов с зарядовой связью, с импульсной характеристикой реализуемого пространственно-временного фильтра на основе двух матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью с положительными и отрицательными отсчетами импульсной характеристики и формирования разности сигналов с выходов фоточувствительных приборов с зарядовой связью как общего выходного.A known spatiotemporal image processing method based on arrays of photosensitive charge-coupled devices (see patent RU2569811, published on November 27, 2015), which consists in spatiotemporal image processing in the form of an image convolution projected onto a matrix of photosensitive charge-coupled devices with a pulse the characteristic of the realizable space-time filter based on two arrays of photosensitive devices with charge coupling with positive and negative readings of the impulse response and the formation of the difference of signals from the outputs of photosensitive devices with charge communication as a common output.

Известен способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью (см. патент RU2339180, опубликован 20.11.2008), заключающийся в свертке проецируемого на матрицу фоточувствительных приборов с зарядовой связью изображения с требуемой импульсной характеристикой, определяющей реализуемую пространственно-временную фильтрацию, путем дискретного накопления зарядов фотогенерированных под воздействием проецируемого изображения в потенциальных ямах матрицы фоточувствительных приборов с зарядовой связью в сочетании с взаимным пространственным смещением изображения и матрицы фоточувствительных приборов с зарядовой связью.A known method of space-time image processing based on arrays of photosensitive devices with charge coupling (see patent RU2339180, published 11/20/2008), which consists in convolution of an image projected onto a matrix of photosensitive devices with charge coupling with the required impulse response, which determines the implemented spatio-temporal filtering , by discrete accumulation of charges photogenerated under the influence of the projected image in the potential wells of the array of photosensitive devices with charge coupling in combination with the mutual spatial displacement of the image and the matrix of photosensitive devices with charge coupling.

Известен способ формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью (см. патент RU2529369, опубликован 27.09.2014), который выбран в качестве прототипа, заключающийся в увеличении частоты считывания матричных фотоприемников ПЗС-типа с формированием сигналов двух изображений, различающихся полем зрения и разрешением: панорамного с большим полем зрения и малым разрешением и окна интереса с малым полем зрения и большим разрешением. A known method for generating an image signal using CCDs (see patent RU2529369, published on September 27, 2014), which is selected as a prototype, consists in increasing the readout frequency of CCD-type matrix photodetectors with the formation of two image signals that differ in field of view and resolution: panoramic with a large field of view and low resolution and windows of interest with a small field of view and high resolution.

Способ осуществляют следующим образом. Перед считыванием зарядовых пакетов задают положение окна интереса, характеризуемое количеством строк N1, N2, задают уровень снижения разрешения в панораме, характеризуемый количеством суммируемых строк панорамы M, зарядовые пакеты считывают в три этапа и формируют сигналы двух изображений. Первый и третий этапы считывания заключаются в выполнении соответственно N1 и N2 циклов строчного переноса, при этом считывание выходного регистра осуществляют лишь через каждые M циклов строчного переноса, во время второго этапа считывание выходного регистра осуществляют при каждом строчном переносе. Формируют два цифровых сигнала изображения: окна интереса и панорамы. Сигнал изображения окна интереса получают маскированием отсчетов сигнала, считанного во время второго этапа, а сигнал изображения панорамы получают последовательной композицией отсчетов сигнала, считанного в течение первого этапа, поэлементной суммой групп по M строк отсчетов сигнала, считанного в течение второго этапа, отсчетов сигнала, считанного в течение третьего этапа.The method is carried out as follows. Before reading the charge packets, the position of the window of interest is set, characterized by the number of lines N1, N2, the level of resolution reduction in the panorama is set, characterized by the number of summed panorama lines M, the charge packets are read in three stages and two image signals are formed. The first and third stages of reading consist in performing N1 and N2 line transfer cycles, respectively, while the output register is read only every M line transfer cycles, during the second stage, the output register is read at each line transfer. Two digital image signals are formed: windows of interest and panoramas. The window of interest image signal is obtained by masking the signal samples read during the second stage, and the panorama image signal is obtained by sequential composition of the signal samples read during the first stage, the element-by-element sum of groups of M lines of samples of the signal read during the second stage, the signal samples read during the third stage.

Недостатком указанного способа является возникновение нелинейных искажений результирующего спектра принимаемого сигнала с выхода прибора с зарядовой связью при изменении времени накопления сигнала.The disadvantage of this method is the occurrence of non-linear distortions of the resulting spectrum of the received signal from the output of the device with a charge-coupling when changing the signal accumulation time.

Техническая проблема заключается в возникновении нелинейных искажений результирующего спектра проецированного сигнала изображения на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью при изменении времени накопления сигнала.The technical problem is the occurrence of non-linear distortions of the resulting spectrum of the projected image signal onto the light-sensitive surface of the device with a charge-coupling when the signal accumulation time changes.

Технический результат способа формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью заключается в реализации алгоритма корректировки нелинейных искажений спектра, получаемого на анализаторе спектра, использующего в качестве принимающего устройства прибор с зарядовой связью.The technical result of the method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices is to implement an algorithm for correcting nonlinear spectrum distortions obtained on a spectrum analyzer using a charge-coupled device as a receiving device.

Технический результат способа формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью, заключающемся в проецировании изображения на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью, накоплении зарядовых пакетов, направленном строчном переносе зарядовых пакетов к выходному регистру на одну строку и переносе крайней строки зарядовых пакетов в выходной регистр, считывании выходного регистра и преобразовании в строку цифровых отсчетов сигнала изображения при помощи аналого-цифрового преобразователя и повторе указанных действий до окончания считывания всех строк зарядовых пакетов, достигается тем, что при считывании выходного регистра и повторе считывания до окончания считывания всех строк зарядовых пакетов осуществляют корректировку нелинейных искажений спектра проецируемого на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью изображения путем пересчета амплитуды выходного тока в каждой из точек спектра проецируемого изображения, полученных при произвольном времени накопления t и одновременном их занесении в память контроллера, для фиксированного времени накопления t 0 , причем пересчет амплитуды выходного тока в каждой из точек спектра проецируемого изображения осуществляют по формуле:The technical result of the method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices, which consists in projecting an image onto a light-sensitive surface of a charge-coupled device, accumulating charge packets, directed line-by-line transfer of charge packets to the output register on one line and transferring the last line of charge packets to the output register , reading the output register and converting the image signal into a line of digital samples using an analog-to-digital converter and repeating these actions until the end of reading all lines of charge packets, is achieved by the fact that when reading the output register and repeating the reading until the end of reading all lines of charge packets, an adjustment is made non-linear distortions of the spectrum of the image projected onto the photosensitive surface of the device with a charge-coupling of the image by recalculating the amplitude of the output current at each point of the spectrum of the projected image, obtained with arbitrary accumulation time t and their simultaneous entry into the controller's memory, for a fixed accumulation time t 0 , and the recalculation of the amplitude of the output current at each point of the spectrum of the projected image is carried out according to the formula:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где

Figure 00000002
– скорректированное значение амплитуды выходного тока точки спектра в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, A(t, A i ,0 ) – измеренное значение амплитуды выходного тока точки спектра при времени накопления t, α и β – коэффициенты линейной зависимости углового коэффициента нарастания амплитуды выходного тока точки спектра с увеличением времени накопления сигнала, рассчитываемого путем решения системы линейных уравнений, i – порядковый номер оптического элемента в матричном приборе с зарядовой связью, t 0 – время накопления сигнала при котором проводится калибровка, t – время накопления сигнала, t 0 – время накопления сигнала при котором проводится калибровка, при этом составляющие α и β определяют составляющие путем решения системы линейных уравнений:where
Figure 00000002
is the corrected value of the amplitude of the output current of the spectrum point in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling, A ( t, A i ,0 ) is the measured value of the amplitude of the output current of the spectrum point at the accumulation time t , α and β are the coefficients of the linear dependence of the angular coefficient of increase in the amplitude of the output current of the spectrum point with an increase in the signal accumulation time calculated by solving a system of linear equations, i is the serial number of the optical element in the CCD, t 0 is the signal accumulation time at which calibration is performed, t is the signal accumulation time, t 0 is the signal accumulation time at which calibration is carried out, while the components α and β determine the components by solving a system of linear equations:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где A i ,0 – амплитуда выходного тока точки спектра, измеренная в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, после аналого-цифрового преобразования, выраженная в дискретных отсчетах аналого-цифрового преобразователя для времени накопления сигнала t 0 при котором проводится калибровка, α и β – коэффициенты линейной зависимости углового коэффициента нарастания амплитуды выходного тока точки спектра с увеличением времени накопления сигнала, i – порядковый номер оптического элемента в матричном приборе с зарядовой связью, N – количество элементов в матричном приборе с зарядовой связью, K i – коэффициент линейной зависимости нарастания амплитуды выходного тока точки спектра в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью от времени накопления сигнала, при этом составляющую K i определяют по формуле:where A i ,0 is the amplitude of the output current of the spectrum point, measured in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling, after analog-to-digital conversion, expressed in discrete readings of the analog-to-digital converter for the signal accumulation time t 0 at which calibration is performed, α and β are the coefficients of the linear dependence of the slope of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point with increasing signal accumulation time, i is the serial number of the optical element in the CCD, N is the number of elements in the CCD, K i is the coefficient of linear dependence of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling on the signal accumulation time, while the component K i is determined by the formula:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где K i – коэффициент линейной зависимости нарастания амплитуды выходного тока точки спектра в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью от времени накопления сигнала, A i ,0 – амплитуда выходного тока точки спектра, измеренная в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, после аналого-цифрового преобразования, выраженная в дискретных отсчетах аналого-цифрового преобразователя для времени накопления сигнала t 0 при котором проводится калибровка, A i , j – амплитуды выходного тока точки спектра, измеренные в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, после аналого-цифрового преобразования, выраженные в дискретных отсчетах аналого-цифрового преобразователя при различных временах накопления сигнала, i – порядковый номер оптического элемента в матричном приборе с зарядовой связью, j – порядковый номер дискретно заданных времен накопления сигнала, N – количество элементов в матричном приборе с зарядовой связью, M – количество дискретных времен накопления сигнала, t 0 – время накопления сигнала при котором проводится калибровка, t j – дискретно заданное время накопления сигнала в диапазоне от t 0 (время накопления сигнала при котором проводится калибровка) до t N (максимально допустимое время накопления сигнала), при этом составляющую t j определяют по формуле:whereK i is the coefficient of the linear dependence of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point ini-th optical element of a matrix device with a charge coupling on the signal accumulation time,A i .0 is the amplitude of the output current of the spectrum point, measured ini-th optical element of a matrix device with a charge connection, after analog-to-digital conversion, expressed in discrete readings of an analog-to-digital converter for the signal accumulation timet 0 at which the calibration is carried out,A i , j are the amplitudes of the output current of the spectrum point, measured ini-th optical element of a matrix device with a charge coupling, after analog-to-digital conversion, expressed in discrete readings of an analog-to-digital converter at different signal accumulation times,i is the serial number of the optical element in the CCD matrix device,j is the ordinal number of discretely specified signal accumulation times,N is the number of elements in the matrix device with charge coupling,M is the number of discrete signal accumulation times,t 0 – signal accumulation time at which calibration is performed,t j is a discretely specified signal accumulation time in the range fromt 0 (signal accumulation time at which calibration is carried out) up tot N (the maximum allowable signal accumulation time), while the componentt j determined by the formula:

t j = t 0+j⋅(t Mt 0)/M, t j = t 0 + j ⋅( t Mt 0 )/ M,

где t j – дискретно заданное время накопления сигнала в диапазоне от t 0 (время накопления сигнала при котором проводится калибровка) до t N (максимально допустимое время накопления сигнала), j – порядковый номер дискретно заданных времен накопления сигнала, M – количество дискретных времен накопления сигнала, t 0 – время накопления сигнала при котором проводится калибровка, t M – максимально допустимое время накопления сигнала.wheret j is a discretely specified signal accumulation time in the range fromt 0 (signal accumulation time at which calibration is carried out) up tot N (maximum allowable signal accumulation time),j is the ordinal number of discretely specified signal accumulation times,M is the number of discrete signal accumulation times,t 0 – signal accumulation time at which calibration is performed,t M is the maximum allowable signal accumulation time.

На фиг. 1 приведена блок схема устройства, реализующая предложенный способ формирования сигнала изображения с помощью матричных при-боров с зарядовой связью.In FIG. Figure 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices.

На фиг. 2 представлен алгоритм работы контроллера автоматической корректировки искажений спектров.In FIG. Figure 2 shows the operation algorithm of the controller for automatic correction of spectrum distortions.

Устройство для осуществления предложенного способа формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью, представленное на фиг. 1 содержит источник широкополосного оптического сигнала 1, оптический циркулятор 2, массив последовательно соединенных оптических фильтров 3, дифракционную решетку 4, прибор с зарядовой связью 5, а также контроллер автоматической корректировки искажений спектров 6, причем источник широкополосного оптического сигнала 1, вход которого является входом устройства, подключен к первому порту оптического циркулятора 2 посредством волоконного световода, массив последовательно соединенных оптических фильтров 3 подключен ко второму порту оптического циркулятора 2 посредством волоконного световода, третий порт оптического циркулятора 2 посредством волоконного световода подключен ко входу дифракционной решетки 4, выход которой подключен ко входу прибора с зарядовой связью 5, выход которого подключен к контроллеру автоматической корректировки искажений спектров 6, выход которого является выходом устройства, причем массив последовательно соединенных оптических фильтров 3 выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения.The device for implementing the proposed method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices, shown in Fig. 1 contains a broadband optical signal source 1, an optical circulator 2, an array of series-connected optical filters 3, a diffraction grating 4, a charge-coupled device 5, and a controller for automatic correction of spectrum distortions 6, moreover, a broadband optical signal source 1, the input of which is the input of the device , connected to the first port of the optical circulator 2 via a fiber light guide, an array of series-connected optical filters 3 is connected to the second port of the optical circulator 2 via a fiber light guide, the third port of the optical circulator 2 is connected to the input of a diffraction grating 4 via a fiber light guide, the output of which is connected to the input of the device with a charge-coupled 5, the output of which is connected to the controller for automatic correction of spectrum distortions 6, the output of which is the output of the device, and the array of series-connected optical filters 3 is made on the basis of fiber th Bragg grating with a Gaussian shape of the reflection spectrum.

Устройство работает следующим образом. Предварительно в блок контроллера автоматической корректировки искажений спектров 6 загружают программу, работающую согласно алгоритму, который приведён на фиг. 2.The device works as follows. Beforehand, a program is loaded into the controller unit for automatic correction of spectrum distortions 6, which works according to the algorithm shown in Fig. 2.

Подключают систему электропитания для блоков широкополосного оптического сигнала 1, контроллера автоматической корректировки искажений спектров 6.Connect the power supply system for blocks of broadband optical signal 1, the controller for automatic correction of spectrum distortions 6.

Система электропитания необходимая для блоков источника широкополосного оптического сигнала 1, контроллера автоматической корректировки искажений спектров 6 на фиг. 1 не показана.The power supply system required for the blocks of the broadband optical signal source 1, the controller for automatic correction of spectrum distortions 6 in Fig. 1 is not shown.

Для формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью с помощью источника широкополосного оптического сигнала 1 генерируют широкополосный оптический сигнал f(λ) с центральной частотой, соответствующей середине полосы частот, перекрываемой массивом последовательно соединенных оптических фильтров 3. Сгенерированный широкополосный сигнал проходят через первый порт оптического циркулятора 2 и поступают на массив последовательно соединенных оптических фильтров 3, полосы частот которых равных друг другу и выбираются таким образом, чтобы покрыть весь диапазон частот широкополосного сигнала. В массиве последовательно соединенных оптических фильтров 3 в каждом из отдельных фильтров происходит изменение амплитуд спектральных составляющих широкополосного сигнала, попадающих в полосу пропускания и отражения каждого из отдельных фильтров массива последовательно соединенных оптических фильтров 3.To generate an image signal using CCDs, a wideband optical signal f(λ) is generated using a broadband optical signal source 1 with a central frequency corresponding to the middle of the frequency band covered by an array of series-connected optical filters 3. The generated broadband signal passes through the first port optical circulator 2 and fed to an array of series-connected optical filters 3, the frequency bands of which are equal to each other and are selected in such a way as to cover the entire frequency range of the broadband signal. In the array of series-connected optical filters 3, in each of the individual filters, the amplitudes of the spectral components of the broadband signal change, falling into the passband and reflection of each of the individual filters of the array of series-connected optical filters 3.

Полученный таким образом широкополосный сигнал g(λ) в канале отражения массива последовательно соединенных оптических фильтров 3 отражается обратно на второй порт оптического циркулятора 2 и через третий порт оптического циркулятора 2, поступает на дифракционную решетку 4, где происходит разложение спектра широкополосного сигнала g(λ) на отдельные спектральные составляющие g(λi), которые далее проецируются на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью 5, где осуществляется накопление зарядовых пакетов, направленный строчный перенос зарядовых пакетов к выходному регистру на одну строку и перенос крайней строки зарядовых пакетов в выходной регистр, считывание выходного регистра и формирование отсчетов Aiλi, с амплитудой А, которые в свою очередь поступают на контроллер автоматической корректировки искажений спектров 6, где проводится оцифровка и корректировка искажений спектра широкополосного сигнала после прохождения массива последовательно соединенных оптических фильтров 3, которые возникают в результате выбора различных времен накопления зарядов в приборе с зарядовой связью 5.The broadband signal g(λ) obtained in this way in the reflection channel of an array of series-connected optical filters 3 is reflected back to the second port of the optical circulator 2 and through the third port of the optical circulator 2, enters the diffraction grating 4, where the spectrum of the broadband signal g(λ) is decomposed into individual spectral components g(λ i ), which are then projected onto the light-sensitive surface of the device with charge coupling 5, where the charge packets are accumulated, the charge packets are directed line-by-line transfer to the output register on one line and the last line of the charge packets is transferred to the output register, reading output register and the formation of samples A i λ i , with amplitude A, which, in turn, are sent to the controller for automatic correction of spectrum distortions 6, where digitization and correction of distortions of the broadband signal spectrum is carried out after passing through an array of series-connected optical filters filters 3, which arise as a result of choosing different charge accumulation times in a CCD 5.

Рассмотрим осуществление способа формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью. Осуществляется считывание выходного регистра, формирование отсчетов и оцифровка данных, принятых с прибора с зарядовой связью 5. Алгоритм, осуществляющий автоматическую корректировку искажений спектров оптических сигналов, работает в двух режимах: режиме калибровки и режиме измерения.Consider the implementation of the method of forming an image signal using matrix devices with charge coupling. The output register is read, the readings are formed, and the data received from the CCD 5 is digitized. The algorithm that automatically corrects the distortions of the optical signal spectra operates in two modes: calibration mode and measurement mode.

В режиме калибровки предварительно задаются количество дискретно заданных времен накопления сигнала М, калибровочное время накопления сигнала t0 и максимально допустимое время накопления сигнала tМ, которые определяются необходимой точностью измерения и корректировки на основе которых производится расчет шага перестройки времени накопления Δt и расчет дискретно заданного времени накопления сигнала tj в диапазоне от t0 до максимально допустимого время накопления сигнала tM. Затем производится измерение амплитуды составляющих спектра принятого широкополосного сигнала для всех значений tj на основе которых производится вычисление коэффициента линейной зависимости нарастания амплитуды выходного тока в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью 5 от времени накопления сигнала Ki и вычисление коэффициентов линейной зависимости углового коэффициента нарастания амплитуды с увеличением времени накопления сигнала α и β, которые записываются в память для корректировки искажений измеренных спектров проецируемого на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью широкополосного сигнала изображения при работе в режиме измерения.In the calibration mode, the number of discretely specified signal accumulation times M, the calibration signal accumulation time t 0 and the maximum allowable signal accumulation time t M are pre-set, which are determined by the required measurement and correction accuracy, on the basis of which the accumulation time tuning step Δt is calculated and the discretely specified time is calculated signal accumulation t j in the range from t 0 to the maximum allowable signal accumulation time t M . Then the amplitude of the spectrum components of the received broadband signal is measured for all values of t j on the basis of which the coefficient of the linear dependence of the increase in the amplitude of the output current in the i-th optical element of the matrix device with charge coupling 5 is calculated from the signal accumulation time K i and the coefficients of the linear dependence of the angular the coefficient of amplitude increase with increasing signal accumulation time α and β, which are recorded in memory to correct distortions of the measured spectra of a broadband image signal projected onto a photosensitive surface of a CCD device when operating in the measurement mode.

В режиме измерения предварительно задается диапазон изменения времени накопления tint для обеспечения изменения амплитуды измеренных спектральных составляющих Ai в диапазоне [Amin… Amax], определяемый необходимой точностью измерения. Затем производится измерение спектра проецируемого на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью широкополосного сигнала изображения и корректировка значений амплитуды и длины волны его спектральных составляющих по ранее вычисленным значениям α и β.In the measurement mode, the range of change in the accumulation time t int is pre-set to ensure the change in the amplitude of the measured spectral components A i in the range [A min … A max ], determined by the required measurement accuracy. Then, the spectrum of the broadband image signal projected onto the photosensitive surface of the device with a charge-coupling is measured and the amplitude and wavelength values of its spectral components are corrected according to the previously calculated values of α and β.

Устройство для осуществления предложенного способа формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью может быть реализовано на следующих элементах, рассчитанных на работу на центральной длине волны 785 нм (возможны и другие длины волн), например:A device for implementing the proposed method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices can be implemented on the following elements, designed to operate at a central wavelength of 785 nm (other wavelengths are possible), for example:

В качестве источника широкополосного оптического сигнала 1 может быть выбран широкополосный источник оптического излучения SLD-CS-331-HP3-SM-785-I компании Superlum;As a source of broadband optical signal 1, a broadband optical source SLD-CS-331-HP3-SM-785-I from Superlum can be selected;

В качестве оптического циркулятора 2 может быть выбран оптический циркулятор GateRay GR-CIRC-31;Optical circulator GateRay GR-CIRC-31 can be chosen as optical circulator 2;

В качестве массива последовательно соединенных оптических фильтров 3 могут быть выбраны волоконные решетки Брэгга;As an array of series-connected optical filters 3, fiber Bragg gratings can be selected;

В качестве дифракционной решетки 4 может быть выбрана дифракционная решетка SH.10G08-DO-RDG-RP компании Швабе;As the diffraction grating 4, the SH.10G08-DO-RDG-RP diffraction grating from Schwabe can be selected;

В качестве прибора с зарядовой связью 5 может быть выбран прибор с зарядовой связью S9737-01 компании Hamamatsu;As the CCD 5, the S9737-01 CCD from Hamamatsu can be selected;

В качестве контроллера автоматической корректировки искажений спектров 6 может быть выбран микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;As a controller for automatic correction of spectrum distortions 6, a microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc. can be selected;

В качестве волоконных световодов могут быть выбраны эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ».Reference cords or cables TELECOM-TEST of the LLC Production and Trade Company SOKOL can be chosen as fiber light guides.

Для построения устройства для осуществления предложенного способа формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены в интегральном исполнении.To build a device for implementing the proposed method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices, all of the indicated blocks for generating, receiving and processing signals can be made in an integrated design.

Все это позволяет говорить о достижении технического результата – корректировке нелинейных искажений спектров оптических сигналов на основе приборов с зарядовой связью путем реализации алгоритма корректировки нелинейных искажений спектра, получаемого на анализаторе спектра, использующего в качестве принимающего устройства прибор с зарядовой связью.All this allows us to speak about the achievement of the technical result - the correction of non-linear distortions of the spectra of optical signals based on charge-coupled devices by implementing an algorithm for correcting non-linear distortions of the spectrum obtained on a spectrum analyzer using a charge-coupled device as a receiving device.

Claims (34)

Способ формирования сигнала изображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью, заключающийся в проецировании изображения на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью, накоплении зарядовых пакетов, направленном строчном переносе зарядовых пакетов к выходному регистру на одну строку, и переносе крайней строки зарядовых пакетов в выходной регистр, считывании выходного регистра, и преобразовании в строку цифровых отсчетов сигнала изображения при помощи аналого-цифрового преобразователя, и повторе указанных действий до окончания считывания всех строк зарядовых пакетов, отличающийся тем, что при считывании выходного регистра и повторе считывания до окончания считывания всех строк зарядовых пакетов осуществляют корректировку нелинейных искажений спектра проецируемого на светочувствительную поверхность прибора с зарядовой связью изображения путем пересчета амплитуды выходного тока в каждой из точек спектра проецируемого изображения, полученных при произвольном времени накопления t и одновременном их занесении в память контроллера, для фиксированного времени накопления t 0 , причем пересчет амплитуды выходного тока в каждой из точек спектра проецируемого изображения осуществляют по формуле:A method for generating an image signal using charge-coupled matrix devices, which consists in projecting an image onto a light-sensitive surface of a charge-coupled device, accumulating charge packets, directed line-by-line transfer of charge packets to the output register on one line, and transferring the last line of charge packets to the output register, reading the output register, and converting the image signal into a line of digital samples using an analog-to-digital converter, and repeating these actions until the end of reading all lines of charge packets, characterized in that when reading the output register and repeating the reading until the end of reading all lines of charge packets, correction of non-linear distortions of the spectrum of an image projected onto a photosensitive device with a charge-coupled device by recalculating the amplitude of the output current at each point of the spectrum of the projected image obtained at an arbitrary time and accumulation t and their simultaneous entry into the memory of the controller, for a fixed accumulation time t 0 , and the recalculation of the amplitude of the output current at each point of the spectrum of the projected image is carried out according to the formula:
Figure 00000005
,
Figure 00000005
,
где
Figure 00000006
– скорректированное значение амплитуды выходного тока точки спектра в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью,
where
Figure 00000006
is the corrected value of the amplitude of the output current of the spectrum point in the i -th optical element of the CCD matrix device,
A(t, A i ,0 ) – измеренное значение амплитуды выходного тока точки спектра при времени накопления t, A ( t, A i ,0 ) is the measured value of the amplitude of the output current of the spectrum point at the accumulation time t , α и β - коэффициенты линейной зависимости углового коэффициента нарастания амплитуды выходного тока точки спектра с увеличением времени накопления сигнала, рассчитываемого путем решения системы линейных уравнений,α and β are the coefficients of the linear dependence of the slope of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point with increasing signal accumulation time, calculated by solving a system of linear equations, i – порядковый номер оптического элемента в матричном приборе с зарядовой связью, i is the serial number of the optical element in the CCD matrix device, t 0 – время накопления сигнала, при котором проводится калибровка, t 0 is the signal accumulation time at which calibration is carried out, t – время накопления сигнала, t is the signal accumulation time, t 0 – время накопления сигнала, при котором проводится калибровка, t 0 is the signal accumulation time at which calibration is carried out, при этом составляющие α и β определяют составляющие путем решения системы линейных уравнений:while the components α and β determine the components by solving a system of linear equations:
Figure 00000007
,
Figure 00000007
,
где A i ,0 – амплитуда выходного тока точки спектра, измеренная в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, после аналого-цифрового преобразования, выраженная в дискретных отсчетах аналого-цифрового преобразователя для времени накопления сигнала t 0, при котором проводится калибровка,where A i ,0 is the amplitude of the output current of the spectrum point, measured in the i -th optical element of the matrix device with a charge-coupling, after analog-to-digital conversion, expressed in discrete readings of the analog-to-digital converter for the signal accumulation time t 0 at which calibration is carried out , α и β – коэффициенты линейной зависимости углового коэффициента нарастания амплитуды выходного тока точки спектра с увеличением времени накопления сигнала,α and β are the coefficients of the linear dependence of the slope of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point with increasing signal accumulation time, i – порядковый номер оптического элемента в матричном приборе с зарядовой связью, i is the serial number of the optical element in the CCD matrix device, N – количество элементов в матричном приборе с зарядовой связью, N is the number of elements in the matrix device with charge coupling, K i – коэффициент линейной зависимости нарастания амплитуды выходного тока точки спектра в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью от времени накопления сигнала, K i is the coefficient of linear dependence of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling on the signal accumulation time, при этом составляющую K i определяют по формуле:the component K i is determined by the formula:
Figure 00000008
,
Figure 00000008
,
где K i – коэффициент линейной зависимости нарастания амплитуды выходного тока точки спектра в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью от времени накопления сигнала,where K i is the coefficient of the linear dependence of the increase in the amplitude of the output current of the spectrum point in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling on the signal accumulation time, A i ,0 – амплитуда выходного тока точки спектра, измеренная в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, после аналого-цифрового преобразования, выраженная в дискретных отсчетах аналого-цифрового преобразователя для времени накопления сигнала t 0, при котором проводится калибровка, A i ,0 is the amplitude of the output current of the spectrum point, measured in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling, after analog-to-digital conversion, expressed in discrete readings of the analog-to-digital converter for the signal accumulation time t 0 at which calibration is carried out, A i , j – амплитуды выходного тока точки спектра, измеренные в i-м оптическом элементе матричного прибора с зарядовой связью, после аналого-цифрового преобразования, выраженные в дискретных отсчетах аналого-цифрового преобразователя при различных временах накопления сигнала, A i , j are the amplitudes of the output current of the spectrum point, measured in the i -th optical element of the matrix device with a charge coupling, after analog-to-digital conversion, expressed in discrete readings of the analog-to-digital converter at different signal accumulation times, i – порядковый номер оптического элемента в матричном приборе с зарядовой связью, i is the serial number of the optical element in the CCD matrix device, j – порядковый номер дискретно заданных времен накопления сигнала, j is the serial number of discretely specified signal accumulation times, N – количество элементов в матричном приборе с зарядовой связью, N is the number of elements in the matrix device with charge coupling, M – количество дискретных времен накопления сигнала, M is the number of discrete signal accumulation times, t 0 – время накопления сигнала, при котором проводится калибровка, t 0 is the signal accumulation time at which calibration is carried out, t j – дискретно заданное время накопления сигнала в диапазоне от t 0 (время накопления сигнала при котором проводится калибровка) до t N (максимально допустимое время накопления сигнала), t j is a discretely specified signal accumulation time in the range fromt 0 (signal accumulation time at which calibration is carried out) up tot N (maximum allowable signal accumulation time), при этом составляющую t j определяют по формуле:in this case, the component t j is determined by the formula: t j = t 0+j⋅(t Mt 0)/M, t j = t 0 + j ⋅( t Mt 0 )/ M, где t j – дискретно заданное время накопления сигнала в диапазоне от t 0 (время накопления сигнала при котором проводится калибровка) до t N (максимально допустимое время накопления сигнала),where t j is a discretely specified signal accumulation time in the range from t 0 (signal accumulation time at which calibration is performed) to t N (the maximum allowable signal accumulation time), j – порядковый номер дискретно заданных времен накопления сигнала, j is the serial number of discretely specified signal accumulation times, M – количество дискретных времен накопления сигнала, M is the number of discrete signal accumulation times, t 0 – время накопления сигнала, при котором проводится калибровка, t 0 is the signal accumulation time at which calibration is carried out, t M – максимально допустимое время накопления сигнала. t M is the maximum allowable signal accumulation time.
RU2021113395A 2021-05-12 2021-05-12 Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices RU2766416C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113395A RU2766416C1 (en) 2021-05-12 2021-05-12 Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113395A RU2766416C1 (en) 2021-05-12 2021-05-12 Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766416C1 true RU2766416C1 (en) 2022-03-15

Family

ID=80736631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113395A RU2766416C1 (en) 2021-05-12 2021-05-12 Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766416C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140661C1 (en) * 1999-03-19 1999-10-27 Левин Геннадий Генрихович Method of confocal scanning three-dimensional microscopy and confocal scanning tomographic microscope
US9568545B2 (en) * 2012-06-14 2017-02-14 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for precision optical imaging of electrical currents and temperature in integrated circuits
RU169980U1 (en) * 2016-08-22 2017-04-11 Открытое акционерное общество "НПО "Геофизика-НВ" Matrix Optical Flux Attenuator
RU2634076C1 (en) * 2016-07-28 2017-10-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Spectrometer of electronic paramagnetic resonance
RU2658101C1 (en) * 2017-03-29 2018-06-19 Николай Евгеньевич Моргаевский Oscillographic measuring device of amplitude characteristics of electric signals
US10564198B2 (en) * 2010-02-12 2020-02-18 Signal Hound, Inc. Spectrum analyzer using multiple intermediate frequencies and multiple clock configurations for residual, spurious and image signal reduction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140661C1 (en) * 1999-03-19 1999-10-27 Левин Геннадий Генрихович Method of confocal scanning three-dimensional microscopy and confocal scanning tomographic microscope
US10564198B2 (en) * 2010-02-12 2020-02-18 Signal Hound, Inc. Spectrum analyzer using multiple intermediate frequencies and multiple clock configurations for residual, spurious and image signal reduction
US9568545B2 (en) * 2012-06-14 2017-02-14 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for precision optical imaging of electrical currents and temperature in integrated circuits
RU2634076C1 (en) * 2016-07-28 2017-10-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Spectrometer of electronic paramagnetic resonance
RU169980U1 (en) * 2016-08-22 2017-04-11 Открытое акционерное общество "НПО "Геофизика-НВ" Matrix Optical Flux Attenuator
RU2658101C1 (en) * 2017-03-29 2018-06-19 Николай Евгеньевич Моргаевский Oscillographic measuring device of amplitude characteristics of electric signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2766489C (en) Image capturing apparatus, image capturing method, and image capturing circuit
FR2588656A1 (en) OPTICAL FIBER SPECTRO COLORIMETRY APPARATUS
EP0762145B1 (en) Gamma particle pulse processing system for CdTe radiation detector
CN112653855B (en) Multichannel TDI imaging method based on area array detector and readable storage medium
US20080067328A1 (en) Spectrophotometer
CN101294867A (en) Calibration method and system for relative spectral-response characteristic of CCD imaging device
RU2766416C1 (en) Method for forming image signal using charge-coupled matrix devices
Booth et al. Errors in the reporting of solar spectral irradiance using moderate bandwidth radiometers: an experimental investigation
CN201034729Y (en) Quick-speed spectrometer
US10801891B2 (en) Chip-scale optical spectrometer
Lesnichii et al. A technique of measuring spectral characteristics of detector arrays in amateur and professional photocameras and their application for problems of digital holography
US7746457B2 (en) Light quantity measuring apparatus
JPH05340816A (en) Spectroscopic measuring instrument
Ribés et al. Color and multispectral imaging with the CRISATEL multispectral system
Kostrin et al. Optimization of the process of biomedical signals registration using an optical spectrometer
KR20210058702A (en) Linearity amendment method of optical measurement apparatus, optical measurement method and optical measurement apparatus
CN118129905B (en) Curve type radiation calibration method and system for satellite-borne hyperspectral imager
Pereyra et al. Characterizing a CCD detector for astronomical purposes: OAUNI Project
CN113820014B (en) Light intensity calibration method and system based on scanning grating micro-mirror spectrometer and spectrometer
WO2017037872A1 (en) Optical unit and spectrometer provided with same
Jørgensen The VTTVIS line imaging spectrometer-principles, error sources, and calibration
JPH11136580A (en) Photometric system
KR102339811B1 (en) Compact oct spectrometer with improved crosstalk, echo signal, and nonlinearity
JP6873288B1 (en) Spectroscopic imaging device
CN117805070A (en) Device and method for measuring reflectivity based on self-reference of area array CCD sensor