一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法技术

一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，通过完整的成像系统，利用相关双采样技术统计两个采样保持脉冲的关系，统计采样位置变化时图像的特征量，并通过计算特征量的变化值，获得准确的CCD模拟信号信息，直接得到CCD的工作状态，从而为选取采样位置提供依据。该方法根据实际相机使用情况及模拟信号幅值变化情况给出CCD模拟信号在一个信号周期内的完整波形，使得选取结果具有较好的适应性。波形图像稳定性高，成像情况好。 1

An accurate sampling location method for CCD signals based on visible light images

An accurate selection method of CCD signal sampling location based on visible light image is used. Through a complete imaging system, the correlation double sampling technique is used to count the relationship between two samples and keep the pulse. The characteristic amount of the image is calculated when the sampling position changes, and the accurate CCD analog signal information is obtained by calculating the change value of the characteristic quantity. The working state of CCD is directly obtained, so as to provide basis for selecting sampling locations. This method gives the complete waveform of the CCD analog signal in a signal cycle based on the actual camera usage and the amplitude change of the analog signal, making the result of the selection better adaptable. The stability of the waveform image is high, and the imaging condition is good. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法
本专利技术涉及一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，属于信号处理领域。
技术介绍
CCD工作过程中，复位噪声是一种最主要的噪声干扰。对复位噪声的处理方法中，相关双采样技术比较容易实现、适用场合较广、是实际应用中最常采用的技术。由于CCD复位噪声在一个信号周期内分布是不均匀的，采样位置的选取会对图像产生一定影响。为减小噪声，提高图像信噪比，采样位置的选取应分别处在CCD模拟信号参考电平和信号电平的相对平坦区。传统的采样位置选取方法是通过示波器观察CCD模拟信号相位，从而选取采样位置，但该方法存在器件内部延时，该内部延时无法测量只能通过经验估算，且内部延时随着FPGA布局布线的改变而改变。当CCD信号频率较低时，该方法可以解决采样位置的问题，但是，当CCD信号频率较高时，内部延时的不确定性造成采样位置的偏差，严重影响采样位置的优化。另外，采用示波器观察CCD模拟信号，由于阻抗匹配的问题，测量到模拟信号的信号完整性较差，波形存在严重变形，也会造成CCD采样位置的选择困难。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有技术中改变CCD信号频率容易造成的内部延时无法记录，采样位置容易产生偏差，波形容易变形等问题，提出了一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，实现对CCD采样位置的精确选取。本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，包括下列步骤：(1)设定预设采样位置，对CCD输出模拟信号进行相关双采样，通过改变预设采样位置得到不同位置的图像并进行存储，直至得到一个信号周期内所有采样位置图像；(2)对步骤(1)所得所有采样位置图像进行统计，计算出每幅图像的特征值；(3)根据步骤(2)所得各图像特征值，绘制CCD模拟信号于一个信号周期的完整波形图；(4)对CDD相机进行增益控制，观察在不同增益控制条件下CDD模拟信号波形变化情况，并选取最优增益控制量；(5)保持步骤(4)所选最优增益控制量不变，改变CDD相机输入光照，得出不同光照条件下的CCD模拟信号波形图，选取图像情况最优的光照条件；(6)对最优光照条件下的波形图进行分析，确定最优预设采样位置。所述步骤(1)中，所述预设采样位置包括参考电平位置、信号电平位置，获取所有采样位置图像的具体步骤为：(1a)保持参考电平位置不变，改变信号电平位置，若参考电平位置位于信号电平位置左侧，则选取以参考电平位置为起点，初始信号电平位置一侧直至该信号周期结束的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；若参考电平位置位于信号电平位置右侧，则选取以参考电平位置为起点，初始信号电平位置一侧直至该信号周期起始位置的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；(1b)保持信号电平位置不变，改变参考电平位置，若参考电平位置位于信号电平位置左侧，则选取以初始参考电平位置为起点，信号电平位置另一侧直至该信号周期起始位置的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；若参考电平位置位于信号电平位置右侧，则选取以初始参考电平位置为起点，信号电平位置另一侧直至该信号周期结束的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；(1c)对步骤(1a)、步骤(1b)所得所有图像进行汇总，得到该信号周期内所有采样位置图像。所述步骤(2)中，所述图像特征值包括图像灰度值均值，图像均方根噪声，图像信噪比，其中：图像灰度值均值的计算公式如下：式中，DNi为第i个图像的图像灰度值，n为图像个数；图像均方根噪声std的计算公式如下：图像信噪比SNRJ的计算公式如下：式中，为图像第j列图像灰度值均值，stdj为图像第j列数据均方根噪声。所述步骤(3)中，根据步骤(2)所得数据确定各采样位置图像于CDD模拟信号波形图中位置坐标的具体方法为：(i)若该采样位置图像由步骤(1a)所得，则所述位置坐标中横坐标即为该采样位置的信号电平位置序号，纵坐标计算公式为：Y＝|DNi|(ii)若该采样位置图像由步骤(1b)所得，则所述位置坐标中横坐标即为该采样位置的参考电平位置序号，纵坐标计算公式为：Y＝|DN0-DNi|式中，DN0为预设采样位置图像灰度值。所述步骤(4)中，对CCD信号处理电路输出的CCD模拟信号波形进行增益控制，若需要将模拟信号波形相位后移，则增大增益控制时，使信号波形变缓；若需要将模拟信号波形相位前移，则减小增益控制时，使信号波形变陡。所述步骤(5)中，选择最优CCD输入光照的具体方法为：(5a)通过改变CCD输入光照改变相机成像亮度，确定相机成像亮度最大情况下的成像CCD输入光照；(5b)分别选取相机成像亮度最大情况下，成像CCD输入光照的20％～30％与60％～70％，对两种情况下的相机成像亮度进行比较，选取出成像亮度最好的输入光照范围。所述步骤(6)中，选取最优采样位置的方法为：根据步骤(5)所得最优CCD输入光照及最优增益控制情况下CDD模拟信号波形图波形相对平坦位置对应采样位置作为备选采样位置，由同个信号周期内的多个备选采样位置中选取最优采样位置，具体判断依据为：(i)该位置图像均方根噪声是否有明显突变；(ii)该位置图像信噪比是否有明显突变；若该位置图像均方根噪声、信噪比均有明显突变，则选择突变情况最小的备选采样位置作为最优采样位置；若该位置图像均方根噪声、信噪比均无明显突变，则选择图像线性度更好的图像对应位置作为最优采样位置。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提供的一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，直接采用图像作为依据，不依赖测量仪器，可行性强，操作简单，结果可靠，有效消除了器件内部延时及噪声，提高了采样频率，增加了选取CCD信号采样位置的准确性和稳定性；(2)本专利技术采用统计值作为特征值，得到的CCD模拟信号波形更加可靠，不会因为探测器坏点、噪点或局部像元过亮引起误判，同时统计均方根噪声和信噪比作为辅助的判断依据，相比仅利用图像均值作为判据更可靠，在改变增益控制和输入光照的条件下，能够更加准确地判断CCD模拟信号相位信息，获得更加真实的CCD信号处理电路工作状态。附图说明图1为本专利技术提供的方法流程图；具体实施方式一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，如图1所示，具体步骤如下：(1)对CCD输出模拟信号进行相关双采样，设定预设采样位置，通过改变预设采样位置得到不同位置的图像并进行存储，直至得到该信号周期内所有采样位置图像；(2)对步骤(1)所得所有采样位置图像进行统计，计算出每幅图像的特征值；(3)根据步骤(2)所得各图像特征值，绘制CCD模拟信号于一个信号周期的完整波形图；(4)对CDD相机进行增益控制，观察在不同增益控制条件下CDD模拟信号波形变化情况，并选取最优增益控制；(5)改变CDD相机输入光照，并在该光照条件下重复步骤(2)～步骤(4)，得出不同光照条件下的CCD模拟信号波形图，选取图像情况最优的光照条件；(6)对步骤(5)所得波形图进行分析，选取最优预设采样位置。所述步骤(1)中，预设采样位置的选取是任意的，但通常应距离CCD模拟信号的半个信号周期。对于相关双采样的两个采样位置——参考电平位置和信号电平位置，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，其特征在于包括下列步骤：

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，其特征在于包括下列步骤：(1)设定预设采样位置，对CCD输出模拟信号进行相关双采样，通过改变预设采样位置得到不同位置的图像并进行存储，直至得到一个信号周期内所有采样位置图像；(2)对步骤(1)所得所有采样位置图像进行统计，计算出每幅图像的特征值；(3)根据步骤(2)所得各图像特征值，绘制CCD模拟信号于一个信号周期的完整波形图；(4)对CDD相机进行增益控制，观察在不同增益控制条件下CDD模拟信号波形变化情况，并选取最优增益控制量；(5)保持步骤(4)所选最优增益控制量不变，改变CDD相机输入光照，得出不同光照条件下的CCD模拟信号波形图，选取图像情况最优的光照条件；(6)对最优光照条件下的波形图进行分析，确定最优预设采样位置。2.根据权利要求1所述的一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述预设采样位置包括参考电平位置、信号电平位置，获取所有采样位置图像的具体步骤为：(1a)保持参考电平位置不变，改变信号电平位置，若参考电平位置位于信号电平位置左侧，则选取以参考电平位置为起点，初始信号电平位置一侧直至该信号周期结束的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；若参考电平位置位于信号电平位置右侧，则选取以参考电平位置为起点，初始信号电平位置一侧直至该信号周期起始位置的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；(1b)保持信号电平位置不变，改变参考电平位置，若参考电平位置位于信号电平位置左侧，则选取以初始参考电平位置为起点，信号电平位置另一侧直至该信号周期起始位置的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；若参考电平位置位于信号电平位置右侧，则选取以初始参考电平位置为起点，信号电平位置另一侧直至该信号周期结束的所有采样位置，并对每个位置所得图像进行存储；(1c)对步骤(1a)、步骤(1b)所得所有图像进行汇总，得到该信号周期内所有采样位置图像。3.根据权利要求2所述的一种基于可见光图像的CCD信号采样位置精确选取方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述图像特征值包括图像灰度值均值，图像均方根噪声，图像信噪比，其中：图像灰度值均值的计算公式如下：式中，DNi为第i个图像的图像灰度值，n为图像个数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斐然，李春梅，董书莉，胡雨婷，董方，董龙，李亮，肖龙，蔡帅，赵斌，刘克，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11