[发明专利]一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法

说明书

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法。

背景技术

在紫外波段，大气临边光谱信号的动态范围可达10⁵～10⁶以上，而当前CMOS探测器典型的动态范围不足10⁴，无法直接满足应用的需求。根据相关文献报道，通过改变像元结构或增加额外的功能模块，可以将CMOS探测器的动态范围扩展到10⁶～10⁷，但是多以牺牲一项或者几项其它关键技术指标(线性、填充因子或信噪比等)为代价。光电探测系统可探测信号的动态范围由三个因素决定：光学相对口径可调节的动态范围、探测器的动态范围和积分时间可调节的动态范围。目前提出的扩展系统可探测场景动态范围(瞬时动态范围)的方法都是围绕着积分时间进行设计的，包括对同一目标场景进行多次曝光(每次曝光时间不同)，或者使用多个探测器同时对目标场景进行曝光(不同探测器的曝光时间不同)，然后将得到的多幅图像融合处理后得到一幅大动态范围的图像。显然这样做的时间成本或硬件成本非常高，在很多场合是不现实的。利用CMOS探测器的多窗口读出技术(不同窗口设置不同的积分时间)，能用较低的成本实现对大动态范围场景的探测，但多窗口读出的时序设计相对复杂，且在一个帧周期里所有的窗口都只曝光读出一次，从而造成短积分时间的窗口在探测时间上的不连续性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法，通过驱动时序的特殊设计，进而提高系统瞬时动态范围且可实现连续探测(无时间盲点)的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法，包括以下步骤：

步骤Ⅰ：根据目标信号的强弱差异，将CMOS探测器的读出窗口沿行地址方向划分为若干段，各段独立设置积分时间；

步骤Ⅱ：从窗口内的第一行到最后一行逐行复位CMOS探测器的每一行；

步骤Ⅲ：从窗口内的第一行到最后一行逐行访问CMOS探测器的每一行：如果该行所在段的积分时间达到设定值，则读出并立即复位该行，开始新一轮的电荷积分；否则仅保留该行的行周期，但不执行有效的读出、复位操作，让该行的像元继续积分电荷；

步骤Ⅳ：重复执行步骤Ⅲ，直至探测结束，实现一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法。

本发明的有益效果是：

1、在滚动快门CMOS探测器常规读出/复位工作时序的基础上，通过简单的连续循环访问和分段独立控制读出/复位的执行，实现了积分时间的分段控制，使探测器可同时探测强弱信号的动态范围不再受自身动态范围指标的限制。

2、每一行在读出后立即复位，开始新一轮的电荷积分，实现了对目标信号的连续探测，即在探测的时间维度上没有盲点。

附图说明

图1本发明一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法工作时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种滚动快门CMOS探测器分段控制积分时间的方法，具体步骤如下：

步骤一：根据目标信号的强弱差异，将CMOS探测器的读出窗口沿行地址方向划分为若干段，各段独立设置积分时间，积分时间为窗口帧周期的整数倍；

步骤二：从窗口内的第一行到最后一行逐行复位CMOS探测器的每一行；

步骤三：从窗口内的第一行到最后一行逐行访问CMOS探测器的每一行：如果该行所在段的积分时间达到设定值，则读出并立即复位该行，开始新一轮的电荷积分；否则仅保留该行的行周期，但不执行有效的读出、复位操作，让该行的像元继续积分电荷；

步骤四：重复执行步骤三，直至探测结束。

实施例1：

长光辰芯公司的滚动快门CMOS探测器GSENSE400，像元数2048×2048，主时钟频率25MHz，行周期T_L＝513×40ns＝20.52μs，全帧读出时的帧周期T_F＝2048×T_L＝42ms，分段控制积分时间的驱动时序如下：

1、根据目标信号的强弱差异，将2048行分为三段，第一段的积分时间设置为2T_F，第二段的积分时间T_F，第三段的积分时间3T_F；