專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣ccd的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及曝光時(shí)間可達(dá)微秒級(jí)的精細(xì)調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
在攝像領(lǐng)域，大量用到幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器，以完成圖像拍攝的任務(wù)。要正常完成圖像拍攝任務(wù)，一個(gè)先決條件是幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器必須進(jìn)行適度的曝光， 以獲得清晰的圖像，曝光不足和過(guò)度曝光都無(wú)法得到清晰的圖像，這通常是通過(guò)控制目標(biāo)光照亮度和幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器的曝光時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但多數(shù)情況下，目標(biāo)的光照亮度是無(wú)法控制的，這就只能控制幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器的曝光時(shí)間。如圖1所示，幀轉(zhuǎn)移面陣CXD由感光區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)和水平寄存器三部分組成。如圖2 所示，對(duì)于沒(méi)有電子快門(mén)功能的幀轉(zhuǎn)移面陣CCD，其一個(gè)工作周期分為幀轉(zhuǎn)移和幀讀出兩階段，幀讀出階段實(shí)現(xiàn)感光區(qū)的電荷積累，同時(shí)將存儲(chǔ)區(qū)的電荷從水平寄存器逐行讀出；幀轉(zhuǎn)移階段主要完成感光區(qū)所積累的電荷向存儲(chǔ)區(qū)的轉(zhuǎn)移；一幀時(shí)間可分為幀轉(zhuǎn)移與幀讀出時(shí)間，曝光時(shí)間等于存儲(chǔ)區(qū)電荷讀出時(shí)間，幀轉(zhuǎn)移時(shí)間為將一幀電荷從感光區(qū)轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)所需的時(shí)間；兩次幀轉(zhuǎn)移之間的時(shí)間間隔就是曝光時(shí)間，所以在常用方法中最短曝光時(shí)間即為完全讀出一幀所需要的時(shí)間。隨著CCD分辨率的提高，幀讀出時(shí)間很長(zhǎng)，則曝光時(shí)間也很長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足在低曝光時(shí)間的應(yīng)用要求；對(duì)于沒(méi)有電子快門(mén)功能的幀轉(zhuǎn)移面陣CCD，為實(shí)現(xiàn)小于幀讀出時(shí)間的短曝光時(shí)間， 可如全幀面陣CCD那樣使用機(jī)械快門(mén)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低。如圖3所示，部分文章專(zhuān)利提出了以下的控制曝光的方法(1)控制幀轉(zhuǎn)移信號(hào)將感光區(qū)曝光積累的無(wú)用電荷快速轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)；( 控制垂直和水平轉(zhuǎn)移信號(hào)將存儲(chǔ)區(qū)的電荷逐行轉(zhuǎn)移到水平寄存器并傾瀉掉；若電荷傾瀉結(jié)束時(shí)曝光時(shí)間還沒(méi)到，則CCD進(jìn)入空閑曝光狀態(tài)，在曝光時(shí)間結(jié)束前所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持固定電平不變；C3)控制幀轉(zhuǎn)移信號(hào)將感光區(qū)曝光積累的有用電荷快速地轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)；(4)控制垂直和水平轉(zhuǎn)移信號(hào)將存儲(chǔ)區(qū)的電荷逐行轉(zhuǎn)移到水平寄存器并逐個(gè)像素正常讀出。采用此方法能使曝光時(shí)間縮短，但受電荷傾瀉操作的限制，最小的曝光時(shí)間也較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間可達(dá)微秒級(jí)的精細(xì)調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有幀轉(zhuǎn)移面陣CCD無(wú)法實(shí)現(xiàn)或需使用機(jī)械快門(mén)才能實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間小于幀讀出時(shí)間的問(wèn)題，提供一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法。一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、幀轉(zhuǎn)移感光區(qū)無(wú)用電荷相機(jī)內(nèi)部控制器在接收到相機(jī)外部控制器發(fā)出的攝像開(kāi)始命令或相機(jī)內(nèi)部控制器內(nèi)的攝像開(kāi)始計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到，所述相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)分別為η ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)；所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)分別經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η個(gè)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和η個(gè)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路后變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)的固定電平；步驟二、時(shí)間可控曝光所述相機(jī)內(nèi)部控制器根據(jù)從相機(jī)外部控制器得到的有效曝光時(shí)間參數(shù)，進(jìn)行曝光時(shí)間計(jì)時(shí)；在曝光時(shí)間計(jì)時(shí)到之前，相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、處于消隱階段的存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)；所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)分別經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出處于消隱階段的固定電平，所述處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路輸出后處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平，所述的連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；步驟三、幀轉(zhuǎn)移感光區(qū)有用電荷同時(shí)傾瀉存儲(chǔ)區(qū)中相同行無(wú)用電荷所述相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)分別為η ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)；所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)分別經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η個(gè)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和η個(gè)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述的處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于有效狀態(tài)的固定電平；步驟四、傾瀉存儲(chǔ)區(qū)中剩余無(wú)用電荷和感光區(qū)過(guò)渡行電荷相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為ρ-η+1 ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)；所述存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，所述的處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出處于消隱階段的固定電平；所述的處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于有效狀態(tài)的固定電平；步驟五、幀讀出存儲(chǔ)區(qū)有用電荷所述相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為η-1 ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、產(chǎn)生處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)和處于連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)；所述存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η-1個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出處于消隱階段的固定電平，所述的處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路輸出處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平，所述處于連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；水平轉(zhuǎn)移寄存器逐個(gè)轉(zhuǎn)移出的n-1行有用電荷經(jīng)預(yù)放器后傳送至視頻信號(hào)處理器進(jìn)行視頻處理，然后以數(shù)字圖像信號(hào)傳送至相機(jī)內(nèi)部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，經(jīng)數(shù)據(jù)接口電路輸出數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)幀轉(zhuǎn)移面陣 CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)；所述η為感光區(qū)像元數(shù)的行數(shù)，1為η行中最下面的無(wú)用的過(guò)渡行，P為擋光存儲(chǔ)區(qū)像元數(shù)的行數(shù)，η和ρ為正整數(shù)，1為正整數(shù)或零，且ρ > η > 1。本發(fā)明的有益效果一、針對(duì)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器在應(yīng)用中需控制曝光時(shí)間，而某些幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器無(wú)電子快門(mén)，采用本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了幀轉(zhuǎn)移面陣CCD相機(jī)系統(tǒng)的曝光時(shí)間可達(dá)微秒級(jí)的精細(xì)調(diào)節(jié)，不需要機(jī)械快門(mén)，也不需要電子快門(mén)信號(hào)，也不需要對(duì)硬件電路進(jìn)行修改；二、本發(fā)明所述的曝光時(shí)間可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)精確控制，而且在曝光階段感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)都不進(jìn)行電荷的轉(zhuǎn)移操作，只是水平寄存器的空掃；三、感光區(qū)有用電荷的幀轉(zhuǎn)移和存儲(chǔ)區(qū)的相同行無(wú)用電荷的傾瀉操作是同時(shí)進(jìn)行的；為提高幀頻，存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)剩余的無(wú)用電荷及感光區(qū)過(guò)渡行電荷也快速轉(zhuǎn)移到水平寄存器并傾瀉掉。


圖1為現(xiàn)有幀轉(zhuǎn)移面陣CXD的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有幀轉(zhuǎn)移面陣CXD的工作時(shí)序圖；圖3為現(xiàn)有幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間小于幀讀出時(shí)間工作時(shí)序圖；圖4為本發(fā)明所述的幀轉(zhuǎn)移面陣CCD相機(jī)系統(tǒng)的原理圖；圖5為本發(fā)明所述的幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)的工作時(shí)序圖；圖6為本發(fā)明所述的幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的感光區(qū)與存儲(chǔ)區(qū)的狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1、圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、幀轉(zhuǎn)移感光區(qū)無(wú)用電荷階段在此步驟之前，感光區(qū)處于無(wú)用電荷的光積分狀態(tài)；存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)P行都無(wú)光積分電荷；此步驟在每幀的攝像操作中為起始的操作步驟；相機(jī)內(nèi)部控制器在接收到相機(jī)外部控制器發(fā)出的攝像開(kāi)始命令或相機(jī)內(nèi)部控制器內(nèi)的攝像開(kāi)始計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到，產(chǎn)生感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為η;同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)；各時(shí)序信號(hào)經(jīng)各自的驅(qū)動(dòng)電路分別產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出η個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平，水平驅(qū)動(dòng)電路輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；在步驟一后，感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的η行無(wú)用電荷被快速逐行轉(zhuǎn)移到擋光的存儲(chǔ)區(qū)，感光區(qū)開(kāi)始有用電荷的光積分階段；存儲(chǔ)區(qū)的上η行有感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的η行無(wú)用電荷，下ρ-η 行無(wú)光積分電荷；
步驟二、時(shí)間可控曝光階段相機(jī)內(nèi)部控制器根據(jù)從相機(jī)外部控制器得到的最新有效曝光時(shí)間參數(shù)，進(jìn)行曝光時(shí)間計(jì)時(shí)；在曝光時(shí)間計(jì)時(shí)到之前，相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、處于消隱階段的存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)；各時(shí)序信號(hào)經(jīng)各自的驅(qū)動(dòng)電路分別產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路輸出處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平， 水平驅(qū)動(dòng)電路輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；在步驟二后，感光區(qū)有用電荷的光積分結(jié)束；存儲(chǔ)區(qū)的上η行有感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的η 行無(wú)用電荷，下ρ-η行無(wú)光積分電荷；步驟三、幀轉(zhuǎn)移感光區(qū)有用電荷同時(shí)傾瀉存儲(chǔ)區(qū)中相同行無(wú)用電荷階段相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為η ； 同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)；各時(shí)序信號(hào)經(jīng)各自的驅(qū)動(dòng)電路分別產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出η個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于有效狀態(tài)的固定電平，水平驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平；在步驟三后，η行感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的有用光積分電荷被快速逐行轉(zhuǎn)移到擋光的存儲(chǔ)區(qū)，感光區(qū)開(kāi)始無(wú)用電荷的光積分階段；存儲(chǔ)區(qū)的上η行有從感光區(qū)內(nèi)得到的η行有用光積分電荷，下Ρ-η行為從感光區(qū)得到的無(wú)用光積分電荷；步驟四、傾瀉存儲(chǔ)區(qū)中剩余無(wú)用電荷和感光區(qū)過(guò)渡行電荷階段相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為ρ-η+1 ；同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)；各時(shí)序信號(hào)經(jīng)各自的驅(qū)動(dòng)電路分別產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出η個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于有效狀態(tài)的固定電平，水平驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平；在步驟四后，感光區(qū)繼續(xù)進(jìn)行無(wú)用電荷的光積分；存儲(chǔ)區(qū)的上ρ-η+1行無(wú)光積分電荷，下η-1行為從感光區(qū)內(nèi)得到的有用光積分電荷；步驟五、幀讀出存儲(chǔ)區(qū)有用電荷階段此步驟在每幀的攝像操作中為最后的操作步驟；相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為η-1 ；同時(shí)處于消隱階段的存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、產(chǎn)生處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)和連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)；各時(shí)序信號(hào)經(jīng)各自的驅(qū)動(dòng)電路分別產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出η-1個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平，水平驅(qū)動(dòng)電路輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；在步驟五后感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的狀態(tài)同步驟一前；此階段最終從水平轉(zhuǎn)移寄存器逐個(gè)轉(zhuǎn)移出的η-1行有用電荷經(jīng)預(yù)放器后傳送至視頻信號(hào)處理器進(jìn)行視頻處理，然后以數(shù)字圖像信號(hào)傳送至相機(jī)內(nèi)部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，經(jīng)數(shù)據(jù)接口電路輸出數(shù)據(jù)。
設(shè)定幀轉(zhuǎn)移面陣CXD感光區(qū)的像元數(shù)為mXn，其中m為列數(shù)，η為行數(shù)，而且η行中最下面的1行為無(wú)用的過(guò)渡行；擋光存儲(chǔ)區(qū)能容納的像元數(shù)為mXp，m為列數(shù)，ρ為行數(shù)； m、η、ρ為正整數(shù)，1為正整數(shù)或零，且ρ > η > 1 ；具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式
一所述方法在幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)的相機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用一、相機(jī)外部控制器通過(guò)串口(RS232或RS422接口)向相機(jī)內(nèi)部控制器發(fā)出攝像開(kāi)始、攝像結(jié)束和曝光時(shí)間參數(shù)等命令；二、相機(jī)內(nèi)部控制器根據(jù)從相機(jī)外部控制器接收到的命令，產(chǎn)生幀轉(zhuǎn)移面陣CCD 圖像傳感器工作所需的感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序信號(hào)、傾瀉柵時(shí)序信號(hào)、水平轉(zhuǎn)移時(shí)序信號(hào)、視頻處理器工作所需的控制信號(hào)及其它控制信號(hào)；三、相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生的感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移信號(hào)經(jīng)感光區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后變?yōu)楦泄鈪^(qū)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路后變?yōu)閮A瀉柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)；相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；四、鏡頭的像面耦合到幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器的焦平面上，所述幀轉(zhuǎn)移面陣 CCD圖像傳感器的感光區(qū)產(chǎn)生與接收到的光能量成線(xiàn)性關(guān)系的電荷；幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器感光區(qū)域的電荷受垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，輸出模擬圖像信號(hào)經(jīng)預(yù)放器后傳送至視頻信號(hào)處理器進(jìn)行視頻處理，然后以數(shù)字圖像信號(hào)傳送至相機(jī)內(nèi)部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，經(jīng)數(shù)據(jù)接口電路輸出數(shù)據(jù)。本實(shí)施方式所述的鏡頭為定制的光學(xué)鏡頭；幀轉(zhuǎn)移面陣CCD圖像傳感器為E2V公司的EMCXD (XD201 ；預(yù)放器為美國(guó)TI公司的運(yùn)放THS3061 ；所述的視頻處理器美國(guó)Analog Device生產(chǎn)的視頻處理器AD9945 ；水平驅(qū)動(dòng)電路主要采用美國(guó)htersil公司生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器EL7156C和仙童公司的FDD5612及FDD5614P作為核心器件；存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器作為DS0(^6核心器件； 所述的傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路主要采用三極管9015 ；相機(jī)內(nèi)部控制器采用美國(guó)Xilinx的FPGA作為核心器件；數(shù)據(jù)接口電路采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司公司的DS90CR287作為核心器件；所述的相機(jī)外部控制器采用美國(guó)TI公司的DSP作為核心器件。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、幀轉(zhuǎn)移感光區(qū)無(wú)用電荷相機(jī)內(nèi)部控制器在接收到相機(jī)外部控制器發(fā)出的攝像開(kāi)始命令或相機(jī)內(nèi)部控制器內(nèi)的攝像開(kāi)始計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)到，所述相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)分別為η ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)；所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)分別經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η個(gè)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和η個(gè)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路后變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)的固定電平；步驟二、時(shí)間可控曝光所述相機(jī)內(nèi)部控制器根據(jù)從相機(jī)外部控制器得到的有效曝光時(shí)間參數(shù)，進(jìn)行曝光時(shí)間計(jì)時(shí)；在曝光時(shí)間計(jì)時(shí)到之前，相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、處于消隱階段的存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)；所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)分別經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出處于消隱階段的固定電平，所述處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路輸出后處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平，所述的連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；步驟三、幀轉(zhuǎn)移感光區(qū)有用電荷同時(shí)傾瀉存儲(chǔ)區(qū)中相同行無(wú)用電荷所述相機(jī)內(nèi)部控制器分別產(chǎn)生感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)分別為η ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)；所述感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)分別經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路和存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η個(gè)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和η 個(gè)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述的處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于有效狀態(tài)的固定電平；步驟四、傾瀉存儲(chǔ)區(qū)中剩余無(wú)用電荷和感光區(qū)過(guò)渡行電荷相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為ρ-η+1 ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)和處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)；所述存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出η個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路輸出處于消隱階段的固定電平，所述的處于消隱階段的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出處于消隱階段的固定電平；所述的處于有效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出處于有效狀態(tài)的固定電平；步驟五、幀讀出存儲(chǔ)區(qū)有用電荷所述相機(jī)內(nèi)部控制器產(chǎn)生存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)，所述時(shí)序脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)為η-1 ；相機(jī)內(nèi)部控制器同時(shí)產(chǎn)生處于消隱階段的感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)、產(chǎn)生處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)和處于連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)；所述存儲(chǔ)區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出n-1個(gè)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)，感光區(qū)的垂直轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)感光區(qū)垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)電路后輸出處于消隱階段的固定電平，所述的處于無(wú)效電平狀態(tài)的傾瀉柵時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)傾瀉柵驅(qū)動(dòng)電路輸出處于無(wú)效狀態(tài)的固定電平，所述處于連續(xù)無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)水平驅(qū)動(dòng)電路后輸出無(wú)消隱的水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)信號(hào)；水平轉(zhuǎn)移寄存器逐個(gè)轉(zhuǎn)移出的n-1行有用電荷經(jīng)預(yù)放器后傳送至視頻信號(hào)處理器進(jìn)行視頻處理，然后以數(shù)字圖像信號(hào)傳送至相機(jī)內(nèi)部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，經(jīng)數(shù)據(jù)接口電路輸出數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD 的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)；所述η為感光區(qū)像元數(shù)的行數(shù)，1為η行中最下面的無(wú)用的過(guò)渡行，ρ為擋光存儲(chǔ)區(qū)像元數(shù)的行數(shù)，η和ρ為正整數(shù)，1為正整數(shù)或零，且ρ > η > 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟一后，感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的η行無(wú)用電荷被快速逐行轉(zhuǎn)移到擋光的存儲(chǔ)區(qū)，感光區(qū)開(kāi)始有用電荷的光積分階段；存儲(chǔ)區(qū)的上η行有感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的η行無(wú)用電荷，下ρ-η行無(wú)光積分電荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟二后，感光區(qū)有用電荷的光積分結(jié)束；存儲(chǔ)區(qū)的上η行有感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的η 行無(wú)用電荷，下Ρ-η行無(wú)光積分電荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟三后，η行感光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的有用光積分電荷被快速逐行轉(zhuǎn)移到擋光的存儲(chǔ)區(qū)，感光區(qū)開(kāi)始無(wú)用電荷的光積分階段；存儲(chǔ)區(qū)的上η行有從感光區(qū)內(nèi)得到的η行有用光積分電荷，下Ρ-η行為從感光區(qū)得到的無(wú)用光積分電荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟四后，感光區(qū)繼續(xù)進(jìn)行無(wú)用電荷的光積分；存儲(chǔ)區(qū)的上p-n+1行無(wú)光積分電荷，下n-1行為從感光區(qū)內(nèi)得到的有用光積分電荷。
全文摘要
一種無(wú)電子快門(mén)幀轉(zhuǎn)移面陣CCD的曝光時(shí)間調(diào)節(jié)方法，涉及光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，它解決現(xiàn)有幀轉(zhuǎn)移面陣CCD無(wú)法實(shí)現(xiàn)或需使用機(jī)械快門(mén)才能實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間小于幀讀出時(shí)間的問(wèn)題，本發(fā)明的每個(gè)幀周期分為五階段一、感光區(qū)無(wú)用電荷的幀轉(zhuǎn)移階段；二、時(shí)間可控的曝光階段；三、感光區(qū)有用電荷的幀轉(zhuǎn)移且同時(shí)把原存儲(chǔ)區(qū)中的相同行無(wú)用電荷傾瀉掉的階段；四、傾瀉原存儲(chǔ)區(qū)中剩余的無(wú)用電荷和感光區(qū)過(guò)渡行電荷的階段；五、存儲(chǔ)區(qū)有用電荷幀讀出階段；本發(fā)明方法通過(guò)改變感光區(qū)的兩次幀轉(zhuǎn)移間隔來(lái)控制曝光時(shí)間，不需機(jī)械快門(mén)，也不需對(duì)原硬件電路進(jìn)行修改，可實(shí)現(xiàn)曝光時(shí)間微秒級(jí)精細(xì)控制。
文檔編號(hào)H04N5/359GK102316275SQ201110262428
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者余達(dá), 劉金國(guó), 周懷得, 李廣澤, 臧佳, 郭永飛, 黃國(guó)勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所