[发明专利]一种高速输出科学级CCD视频信号的数字补偿方法及系统

权利要求书

1.一种高速输出科学级CCD视频信号的数字补偿方法，其特征在于：

首先基于CCD原理和内部电路示意图推导出CCD读出电路在电荷转移阶段的等效电路模型；

基于等效电路模型，采用实验定标方法确定等效电路模型，CCD电荷读出阶段的读出电路等效为RC网络模型；

根据确定参数的等效电路模型，通过实验定标得到CCD成像系统在不同光强条件下的补偿系数列表；

基于补偿系数列表，对CCD读出的图像进行校正；

其中，补偿系数列表的确定步骤如下：

根据CCD成像系统噪声水平，进行光强等级量化；

针对每个光强量化等级，使用波形法进行电路模型参数拟合，并求解拟合参数；

确定每个能量条件下的校正系数组成补偿系数列表；

所述确定每个能量条件下的校正系数组成补偿系数列表具体包括：

设定CCD视频信号高速输出速率为K pixel/s，即每秒输出K个像元，则输出单个像元的时间为1/K；

在不同积分球能量A₀、A₁、…、A_N条件下，结合对应的拟合结果，在波形上确定后采样点的位置，得到其下降幅值即为V′₀、V′₁、…、V′_N；

则每个能量条件下的校正系数如下所示：

积分球能量A₀，像素值P₀，校正系数校正结果

积分球能量A₁，像素值P₁，校正系数校正结果

……

积分球能量A_N，像素值P_N，校正系数校正结果

2.根据权利要求1所述的高速输出科学级CCD视频信号的数字补偿方法，其特征在于：所述根据CCD成像系统噪声水平，进行光强等级量化，具体包括：

对于不同光强，CCD像元搜集到的电荷量不同，CCD读出电路转移不同数量的电荷，其参数也会发生变化，则针对不同光强计算其电路参数进而确定校正系数即：

先求取系统噪声，然后根据系统噪声量级确定光强量化级数；

CCD噪声水平与温度密切相关，因此每次测量需要保证CCD温度恒定，若工作温度不同，则需要确定在不同温度下的校正系数，CCD成像系统噪声与光强直接相关，不同光强对应不同噪声等级，考虑到系统噪声主要包括电路噪声和散粒噪声，具体量化方法如下：

其中散粒噪声N_s与像元搜集到的电荷数q的关系为：

1)测试系统搭建：使用积分球+漫反射板系统做成像系统光源，积分球能量可调；

2)测试CCD电路噪声：将CCD成像电路板AD输入管脚与地短接，此时成像系统采集到的图像即包含系统偏置和电路噪声，采集M幅图像，M＞1000，计算得到系统偏置B和电路噪声N_c，N_c为所有像元噪声平均值；

3)计算成像系统增益：系统增益η表示CCD像元将搜集到的电荷量q转换成像素值P的关系，如式(3)所示

P＝ηq+B (3)

4)将CCD接入成像系统，打开测试系统，调整积分球能量，使采集到的图像像素值P₀在B+N_c，记此时积分球能量为A₀；

5)根据式(3)计算B+N_c对应的电荷量q₀，根据式(2)计算得到散粒噪声N_s0，调整积分球能量，使采集到的图像像素值P₁在B+N_c+N_s0左右，记此时积分球能量为A₁；

6)按步骤5)方法，计算得到像素值B+N_c+N_s0对应的散粒噪声N_s1，调整积分球能量，使采集到的像素值P₂在B+N_c+N_s0+N_s1左右，记此时积分球能量为A₂；

7)重复步骤6)直到像素值达到系统满量程，同时确保CCD不发生饱和，此时成像系统采集到的像素值P_N在B+N_c+N_s0+N_s1+N_s2+…+N_sN，记录此时积分球能量为A_N；

至此，CCD成像系统近饱和光强被量化为A₀～A_N，共N个量化等级。