[发明专利]高帧频科学级CCD成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高帧频科学级CCD成像系统及方法。

背景技术

高质量的图像在天文探测、遥测遥感、航空航天等科学研究领域起着举足轻重的作用，因此，为了获取高品质图像，CCD相机充当起了至关重要的角色。但是，目前的CCD相机为了降低读出噪声、提高整体性能，读出速率普遍较低，帧频往往不超过1fps，远不能满足某些高帧频应用的需求。

发明内容

为了解决现有的CCD相机读出速率低的技术问题，本发明提供一种高帧频科学级CCD成像系统。

本发明的技术解决方案是：一种高帧频科学级CCD成像系统，其特殊之处在于：包括CCD探测器和信号处理芯片；

所述信号处理芯片包括主控单元、时序产生单元和图像处理单元；所述主控单元分别与时序产生单元和图像处理单元相连；

所述主控单元与外部控制单元相连；所述时序产生单元的输入端与外部晶体振荡器相连，时序产生单元的输出端通过时序驱动电路与CCD探测器的驱动信号输入端相连；

所述CCD探测器包括两个图像信号输出通道，两个图像信号输出通道分别连接运算放大器后再与同一个模数转换器相连，所述模数转换器与所述图像处理单元相连。

上述的高帧频科学级CCD成像系统还包供电电路；所述供电电路包括电源、低压差线性稳压器和电压跟随器；所述电源与低压差线性稳压器的输入端相连，低压差线性稳压器的输出端分别与CCD探测器和电压跟随器相连，所述电压跟随器位于CCD探测器的两个图像信号输出通道上。

上述时序驱动电路包括5片并联的驱动器；

其中，1片驱动器作为垂直驱动电路，用于传输帧转信号和行转信号；2片驱动器作为水平驱动电路，分别用于传输两个图像信号输出通道的像元读出信号；2片驱动器作为binning驱动电路，用于传输复位信号和像元合并信号。

上述图像处理单元包括图像缓存模块和图像整形模块；

所述图像缓存模块包括两个交替进行图像读写的SRAM存储器；

所述图像整形模块包括与CCD探测器的两个图像信号输出通道相对应的FIFO模块和LIFO模块；其中，FIFO模块对图像的前半行数据进行顺序存储顺序读出，LIFO模块对图像的后半行数据进行逆序存储顺序读出。

上述CCD探测器为FTT1010-M，所述驱动器为LM117。

上述模数转换器为LM98640。

上述运算放大器为AD844。

上述外部晶体振荡器为无源晶振或者有源晶振。

本发明还提供一种高帧频科学级CCD成像方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)系统上电，

2)时序产生单元通过时序控制电路向CCD探测器发送时序信号，控制CCD探测器连续采集图像；

3)CCD探测器通过两个图像信号输出通道分别向两个运算放大器传输模拟图像信号；

4)模数转换器对模拟图像信号进行数字量化并采集；对图像进行非均匀性校正后传输至图像处理单元；

5)图像整形模块对两路图像数据进行整形；其中，图像的前半行数据顺序存入FIFO模块中，图像的后半行数据逆序存入LIFO模块中；存储完一行图像后，再顺序读取FIFO模块和LIFO模块中的图像数据；

6)读取的图像数据交替存入图像缓存模块的两个SRAM存储器中，然后交替读取两个SRAM存储器中的图像数据并输出。

步骤4)中对图像进行非均匀性校正的方法是：先使用串行接口对模数转换器的所有寄存器进行配置，然后对两个图像信号输出通道的图像进行模拟量补偿，逐步改变寄存器的值直至整个画面的非均匀性达到要求。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中的CCD探测器采用左右通道同时输出的方式，将CCD输出速率最大化。

(2)本发明采用了改进的水平和垂直同时Binning的思路，一方面从设计上保证了探测精度，另一方面，Binning技术减少了3/4的数据量，可进一步提高成像系统的信噪比。

(3)本发明中的模数转换器对图像数据进行了非均匀性校正，弥补了CCD传感器两路图像输出通道的差异，进一步保证了科学级成像系统的整体成像质量。

附图说明

图1为本发明高帧频科学级CCD成像系统的较佳实施例示意图。

图2为本发明较佳实施例的工作时序信号示意图。

图3为本发明较佳实施例的工作时序驱动电路示意图。

图4为本发明较佳实施例的工作时序流程图。