[发明专利]帧转移CCD基于虚拟参考行的Smear校正方法

说明书

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种帧转移CCD的Smear校正方法。

背景技术

Smear现象的产生是由于帧转移CCD在帧转移的过程中其感光区（成像区内感光的有效区域，其余部分为暗参考像元）内的像元仍然在感光造成的，它是帧转移CCD的固有特性，在强光短曝光时间的情况下尤为明显。增加机械快门可以避免Smear现象，但这显然是一种向全帧转移CCD的倒退；提高帧转移时钟的频率可以减弱Smear现象，但是不能完全消除。

目前常见的校正算法有三种：第一种是基于对全图的统计估计出Smear发生的位置和大小，只针对星图等特定类型的图像有效，对其它图像则很难适用；第二种是基于Smear产生原理的全帧求解算法，它根据Smear现象产生的数学过程，将所有行相加后乘以比例因子求出Smear信号（CCD无电子快门），或者从第1行开始根据比例因子逐行求解出Smear校正后的理想图像（CCD有电子快门）。这种算法求出的Smear信号准确度和信噪比都非常高，但它要求知道曝光时间、帧转移时钟的周期以及Smear电荷的产生效率，且不能有像元饱和、必须整帧全部读出；第三种是基于暗参考行的校正算法，它直接利用了暗参考行在曝光期间不感光，在帧转移的过程却感受了和感光区像元相同的Smear信号的这一特点，简单地经过暗信号校正后便可以直接解出Smear信号。该算法简单实用，不需要全帧读出，但由于暗参考行的个数通常都很少，解出的Smear信号噪声很大，而且如果CCD像面上的光照区域离暗参考行很近，那实际上这些暗参考行都会受到杂光的污染而有一定的曝光量，所求出的Smear信号就不再准确，如图2中上方曲线所示。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有算法的不足，通过驱动时序的特殊设计提供了一种基于虚拟参考行的Smear校正方法。

本发明解决问题的技术方案：

帧转移CCD基于虚拟参考行的Smear校正方法，定义虚拟参考行为在暗参考行之后、CCD器件以外，在曝光期间虚拟存在、曝光结束后帧转移的过程中才逐行转移进入CCD开始真实地存在的参考行；设成像区有N_I行感光像元，N_D行暗参考像元，存储区有N_S=N_I+N_R行像元；ROI区域从成像区的第N_Y1行（1≤N_Y1≤N_I）开始，则最多有N_R-N_D+(N_Y1-1)个虚拟参考行；舍弃最后三行，取N_V=N_R-N_D+(N_Y1-1)-3个虚拟参考行；具体步骤如下：

步骤一，控制帧转移时钟信号将成像区曝光积累的电荷快速地转移到存储区，转移时钟的周期个数为N_S+N_Y1-1；同时将帧转移过程中不断转移至水平读出寄存器的无用电荷读出复位掉或者倾倒掉；

步骤二，控制水平读出寄存器连续读出两行以上，期间读出复位脉冲信号保持为复位的高电平状态，以彻底清除水平读出寄存器内可能残留的无用电荷；

步骤三，控制行转移时钟、水平读出时钟和读出复位脉冲信号将ROI区域内的像元逐行逐个地读出；

步骤四，控制行转移时钟、水平读出时钟和电荷倾倒栅极控制信号将ROI与虚拟参考行之间的无用电荷全部倾倒掉；

步骤五，执行步骤二清除水平读出寄存器；

步骤六，控制行转移时钟连续地将N_V个虚拟参考行转移至水平读出寄存器，实现多行片内合并，然后控制水平读出时钟和读出复位脉冲信号逐个像元地读出合并后的虚拟参考行

步骤七，对读出的图像和虚拟参考行做暗信号校正；

步骤八，将虚拟参考行除以N_V，得到“多次采样-平均”法降噪后的Smear信号最后从图像中逐行减去它即可得到校正后的光信号图像I_i,j。

本发明的积极效果：

1、本发明选择了基于参考行的技术路线，避免了背景技术中全帧求解算法要求全帧读出、无法处理饱和图像等问题，同时借鉴了因其参与求解的行数多所以解出的Smear信号噪声小的优点，在方法中采用了ROI读出技术，以尽可能地增加参考行的个数，成倍地提高了解出的Smear信号的信噪比。