[发明专利]TDI-CCD相机实时像移数字补偿系统及补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相机像移数字补偿系统及补偿方法，具体涉及一种TDI-CCD相机实时像移数字补偿系统及补偿方法。

背景技术

TDI-CCD是目前微光场景下应用的核心探测器之一。与普通线列CCD相比，TDI-CCD利用时间延时积分技术，在扫描方向上排列级探测象元构成级TDI-CCD。在第一曝光积分周期内收集到的信号电荷并不直接输出，而是同垂直方向上的其它级信号电荷累加，从最后一级串行输出。累加后的N级相关信号输出幅度为单级的N倍，而各级噪声不相关叠加后为单级的倍，从而将信噪比提高到单级探测器的倍。

在叠加N级相关信号的过程中，当信号电荷在相邻电荷寄存器中的转移时间和相邻象元到达同一视场的时间不一致时，相互累加的信号就不是单级探测器信号的N倍，从而产生了积分方向上的像移。实际应用中，光学系统的像差、振动、偏航等都会引起像移。而同一型号探测器信号电荷在相邻寄存器中的转移时间是固定值，推扫速度与之不匹配是造成TDI器件在积分方向产生像移的最主要因素。

针对TDI-CCD在积分方向上的像移，常用的补偿方式有光机补偿法、电子学补偿法以及图像补偿法。光机补偿法是从相机的姿态方面加以校正，对控制精度要求较高，需要在设计前期对相机的像移有较准确的预测；电子学补偿法对实时性要求较高，常用的自适应运动图像模糊算法没有充分利用已知条件，硬件实现比较困难；图像补偿法由于缺乏实时性，得不到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TDI-CCD实时像移数字补偿系统和补偿方法，在充分利用推扫速度和信号电荷转移速度比的先决条件下，在采集数据的过程中，由上位机经USB发送控制参数，来选择数字补偿系统中IIR滤波器对获取的每列像元像素进行滤波，实时补偿TDI器件在积分方向的像移。

假定L级TDI-CCD固有的信号电荷在相邻电荷寄存器中的转移时间为单位时间量t，速度匹配情况下L*t时间后累加输出的信号电荷被采样为：y(n)＝L*x(n)，其中x(n)表示第n个像元产生的灰度值；y(n)表示L级积分后产生的灰度值；当推扫速度不匹配造成扫描方向上相邻两行探测器到达同一视场的时间为M*t(M为正整数，M≠L)，累加后得到的像素灰度值为：

y′(n)＝x(n)+x(n-M)+......+x(n-M*(L-1))

从而造成每行图像均产生像移。根据上述情况，从y′(n)中复原x(n)是像移补偿的关键。

本发明中像移补偿的技术方案为：对上式两边作Z变换，得到

Y′(z)=1-z-M1-z-MLX(z).]]>

由上式得到补偿系统的差分方程如下：

x(n)＝y′(n)-y′(n-ML)+x(n-M)

上述差分方程可用IIR无限冲击响应滤波器硬件实现。按照IIR滤波器的递归特性，得到像移补偿硬件的初步结构，见附图2。

本发明中保证像移补偿系统实时性的技术方案为：在上述方案实施过程中，对第n-1个线列象元信号y′(n-1)进行像移补偿后再输入第n个象元的信号y′(n)。第n个象元的像移补偿用到了象元n之前时刻的值。为了保证整个像移补偿系统的实时性，采用流水线的结构来实现，实现过程需要保证：

(1)给定x(n)的初始值，才能够保证流水线正常运行；

(2)在补偿第n个象元时需要用到之前时刻的中间值：前ML时刻产生像移的信号y′(n-ML)和前M时刻恢复像移后的信号x(n-M)。开辟((M*L+1)+M)*N比特的缓冲区(N为线列象元数)，存放ML+1行的输入值和M行的输出值。当第n个象元的像移补偿完毕后对缓冲区第n个象元相关信息进行更新。