[发明专利]快速高精度电子倍增CCD自动增益系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于针对高速实时电子倍增CCD微光成像系统特点提出的一种快速高精度的电子倍增CCD自动增益控制技术，特别是一种快速高精度电子倍增CCD自动增益系统及方法。

背景技术

电子倍增CCD是采用了电子倍增技术的CCD，所谓电子倍增技术是指信号在传送到读出寄存器前经过采用特殊技术的增益寄存器获得电荷倍增的技术。由于电子倍增CCD对信号进行电荷级别的放大，与普通CCD相比有更高的灵敏度，可以在低照度下清晰成像。目前以电子倍增CCD为核心的电子倍增CCD成像系统在微光监视、航天探测微弱星光、航空及水下探测、复杂设备内部检测、医学和生物等重要国民经济领域得到越来越广泛的应用，应用前景非常广泛。

成像质量的好坏对电子倍增CCD成像系统是至关重要，对于电子倍增CCD成像系统曝光强度的调整，可以通过改变曝光时间，也可以通过信号增益G来实现。但在高速成像系统中，曝光时间受到帧频的限制，如1800帧的高速相机，曝光时间最长就不能超过1/1800s；在某些对系统帧频有特殊要求的情况下，实际的曝光时间可能很短，调整曝光时间就无法满足帧频的需要，这时候就需要通过自动增益技术调整增益值G来得到高质量的图像。

目前，在普通CCD成像系统中有相关的技术来实现增益的控制，但电子倍增CCD成像系统中的增益控制技术还不太成熟。同时电子倍增CCD成像系统的工作环境、成像特点与普通CCD成像系统有很大的区别，针对电子倍增CCD的成像特点，对成像质量的衡量标准需做修正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速高精度电子倍增CCD自动增益系统及方法，针对高速实时电子倍增CCD微光成像系统，通过AD芯片采集实时图像信号，运用FPGA芯片对图像信号进行快速计算分析得到最佳的增益调整值，由得到的增益值调整电子倍增CCD倍增极上的电压值，实现对不同场景的自动增益，提高成像质量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种快速高精度电子倍增CCD自动增益系统，由EMCCD芯片、AD数据采集芯片、FPGA芯片、图像输出电路、增益电阻查找表以及时序电平转化电路组成，其中所述的EMCCD芯片、AD数据采集芯片、FPGA芯片、图像输出电路依次相连，该FPGA芯片与时序电平转化电路相连，该时序电平转化电路与EMCCD芯片相连；EMCCD芯片将采集到的图像信息以模拟信号形式传输给AD采集芯片，该AD采集芯片将模拟图像信号转化为数字图像信号传输给FPGA芯片，该FPGA芯片接收到数字图像信号后进行实时计算得出下一步调整所需的增益值，将增益值传送给增益电阻查找表，FPGA芯片还产生AD采集芯片所需的采样信号以及配置信号，同时产生图像输出电路所需的数字图像信号，以及驱动EMCCD芯片的时序信号；图像输出电路输出系统采集到的图像信号；增益对照表在接收到FPGA芯片的增益值后，转化为倍增电路中的电阻值，调整系统的倍增值；时序电平转化电路接收FPGA芯片产生的时序信号以及增益对照表传输的增倍电路电阻值，调整加载到EMCCD芯片端的驱动信号时序与信号电压值来实现增益的自动调节。