[发明专利]基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统

说明书

基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统，涉及一种基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统，本发明解决现有的小像元存在满阱电荷数过低，信噪比不高的问题，包括多谱段TDI CMOS探测器、成像控制器和外部存储器；成像控制器产生多谱段TDI CMOS探测器的工作时序，进行TDI工作模式的控制，同时接收多谱段TDI CMOS探测器输出的经过了模拟电荷域TDI叠加的多谱段图像数据，采用外部存储器进行数字域TDI工作模式叠加；采用模拟电荷域TDI结合数字域TDI的方式来突破小像元尺寸的满阱电荷数少的约束，设计分区曝光成像的TDI CMOS探测器结构，根据TDI积分方向和TDI级数选择设计TDI积分过程的控制方式和数据缓存方法，形成虚拟的大满阱电荷数的TDI CMOS图像探测器成像系统。

技术领域

本发明涉及一种基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统。

背景技术

在相同地面像元分辨率的航天应用中，像元尺寸的减小，带来的好处是对应的焦距就越短，从而可降低整个光机结构的体积和重量。但现有技术下直接应用小像元尺寸的探测器，带来的问题是探测器满阱电荷数的减小，而满阱电荷的根号值就是最大信噪比的极限值，因此即使在好的光照条件和高的TDI级数下也不能获得高的信噪比，由于探测器过早接近饱和了，因此现有的小像元尺寸应用存在信噪比过低的问题。目前在更小像元的手机应用中，通常采用双摄方案来提高信噪比，另一种方案就是通过多帧图像的数字域累加。

发明内容

本发明为解决现有的小像元存在满阱电荷数过低，信噪比不高的问题，提供一种基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统。

基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统，包括多谱段TDI CMOS探测器、成像控制器和外部存储器；所述成像控制器产生多谱段TDI CMOS探测器的工作时序，进行TDI工作模式的控制，同时接收多谱段TDI CMOS探测器输出的经过了模拟电荷域TDI叠加的多谱段图像数据，采用乒乓结构的外部存储器进行数字域TDI工作模式叠加；

设定p谱段分布在多谱段TDI CMOS探测器边缘，该谱段包括n个区域，每个区域最大实现m级模拟电荷域TDI工作模式，且每个区域能独立输出电荷并进行量化输出；m、n均为大于1的正整数；

设定b谱段像元尺寸为p谱段像元尺寸的k倍，每个谱段仅存在一个感光区域；所述k为大于1的正整数；

设定地面景物经过TDI CMOS探测器时，p谱段获得的所述探测器内累加的电荷u_p用下式表示为：

式中A为探测器的像元面积，t_exp为探测器的在轨的行周期，η_λ为在探测器中心波长为λ的谱段内的积分量子效率，E_O(λ)为探测器像面的典型照度，h为普朗克常量，c为光速。

本发明的有益效果：

1、在相同的地面像元分辨率下使用小像元尺寸，可缩短光学系统的焦距，从而缩小整个成像系统的体积和重量；

2、突破小像元尺寸带来的小满阱电荷数的限制，通过几个分区的同时曝光可提高等效的满阱电荷数，从而将信噪比提高到原来的倍。

3、在积分模式上，当探测器内累加的电荷在未达到探测器p谱段单个像素的满阱电子数u_m前，即：采用模拟电荷域的TDI积分；接近u_m后，即：才开始使用数字域的TDI积分，这样可保证在电荷累积的过程中尽量减小读出噪声的累加次数，从而提高信噪比。

附图说明

图1为本发明所述的基于小像元尺寸探测器的虚拟大满阱TDI CMOS成像系统中多谱段TDI CMOS探测器的结构图；