[发明专利]一种实现提高电子倍增CCD相机输出图像信噪比的方法

说明书

本发明提供一种实现提高电子倍增CCD相机输出图像信噪比的方法，该方法根据微光电子倍增CCD器件的特点，应用连续垂直转移间断水平转移的工作方式，利用输出多行CCD模拟信号进行模数转换后数字图像数据的延时相加，解决了电子倍增CCD器件应用中单行模拟信号输出时信噪比不高和动态范围不够的问题，实现了信噪比和动态范围的提升。本发明所述方法可以应用于电子倍增CCD以及其他面阵CCD的成像系统中，具有易实现、精度高等优点，能够有效地提高信噪比、增加动态范围，从而提高图像质量，提升成像系统的性能。

技术领域

本发明属于航天遥感器技术领域，涉及一种实现提高电子倍增CCD相机输出图像信噪比的方法，可以应用于电子倍增CCD以及其他面阵CCD的成像系统中，具有易实现、精度高等优点，能够有效地提高信噪比、增加动态范围，从而提高图像质量，提升成像系统的性能。

背景技术

电子倍增CCD(简称EMCCD)的结构与普通CCD相似，只是在读出寄存器与输出放大器之间增加了一个特殊的倍增寄存器。倍增寄存器的结构与读出寄存器类似，只是其中一相电极被一对电极取代，一个加直流电压，一个由高电压时钟驱动。两个电极间的电势差形成强电场，使转移到该电极下的信号电荷与硅晶格发生碰撞电离，激发出新的电子，实现了信号电荷的倍增。其主要应用微光成像系统，通过高压脉冲或者高压正弦信号控制倍增寄存器，实现不同的电子倍增倍数。

实际的应用中电子倍增CCD可以有面阵工作和线阵工作两种模式，微光器件对于光很敏感，而且EMCCD多数需要制冷条件，高压正弦信号的质量也是影响EMCCD工作的因素。对于EMCCD输出一行模拟信号的应用方式，在高压正弦信号和其他条件相对固定的情况下，由于某EMCCD的满井电荷只有80K电子，对入射光非常敏感，对于光强变化的要求也非常高，在制冷条件不足的情况下，噪声的影响也很明显，信噪比和动态范围不能达到预期的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对EMCCD器件在输出一行图像数据的应用中，信噪比不足和动态范围不够的问题，提供了一种实现提高电子倍增CCD相机输出图像信噪比的方法，提高了信噪比。

本发明的技术解决方案是：一种实现提高电子倍增CCD相机输出图像信噪比的方法，包括如下步骤：

(1)产生垂直转移时序、水平转移时序和清倒信号(DG信号，Dump Gate信号)输入电子倍增CCD器件，垂直转移时序包括积分区时序和存储区时序，水平转移时序包括水平移位寄存器时序，垂直转移时序在一个帧周期内连续输入全部行给电子倍增CCD器件，水平转移时序在一个帧周期内连续输入N行给电子倍增CCD器件，清倒信号与帧周期一致，在N行水平转移时序时为低电平对应保留的这部分电荷，其余为高电平对应清除其余行无用的电荷；

(2)产生一个高压信号，当水平转移时序输出时，高压信号同时输出给电子倍增CCD器件；

(3)电子倍增CCD器件，根据垂直转移时序、水平转移时序、清倒信号和高压信号按照设定的逻辑由电荷积累(曝光区感光后电荷积累)、转移(从曝光区转移到存储区，再从存储区转移到水平寄存器)、放大(电荷经过CCD器件的放大器放大后)产生CCD模拟信号，将CCD模拟信号转换为数字信号，并得到每一帧对应CCD模拟信号的N行数字信号，所述数字信号即图像数据；模拟信号转换为数字信号的位宽为Wbit；

(4)设定第x帧对应CCD模拟信号的N行数字信号中的第y行数字信号表示为F_xL_y；F_x表示第x帧的数字信号；L_y表示帧中的第y行的数字信号，y＝1、2、…、N；

(5)将第x+1帧的数字信号延时1行，再将第x帧的数字信号中每一行的像元和延时后的第x+1帧的数字信号中与第x帧的数字信号相对应的行的像元相加，得到延时相加结果；