一种CCD高速信号采集方法和装置制造方法及图纸

一种CCD高速信号采集方法和装置，属于CCD高速信号采集技术领域，用以解决CCD高速采样时传统电荷清零方法清零时间过长且无法捕捉到有效信号的问题。本发明专利技术针对CCD高速采样时全靶面电荷难以清零的问题，提出了采用先检测有效靶面，确定光信号占用的靶面行数，再对靶面进行单行单列独特的清零方式，单次清零所花时间极短，根据采样间隔的时间执行对应次数的清零，不会因为单次清零时间过长导致错过采样信号，可以做到在高速采样的同时对靶面电荷最大程度的清零。大程度的清零。大程度的清零。

【技术实现步骤摘要】
一种CCD高速信号采集方法和装置


[0001]本专利技术涉及CCD高速信号采集
，具体涉及一种CCD高速信号采集方法和装置。
技术背景
[0002]CCD是指电荷耦合器件，是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。CCD的用法通常包括以下两种：第一种是作为video拍照使用；第二种是利用FVB(full vertical binning)技术，将面阵CCD作为线阵使用。第一种用法作为video拍照使用时，如果是在高帧速的情况下可能会出像素点电荷误差过大，从而导致图像不清晰的问题；第二种用法存在的问题是过长的电荷清零时间会导致高速采集与电荷有效清零的互斥，从而必须舍弃一项才能正常使用。因此，在CCD高速采样时如何既能够确保高帧速的采样率，又能够有效清除曝光区域暗电流电荷是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]鉴于以上问题，本专利技术提出一种CCD高速信号采集方法和装置，用以解决CCD高速采样时传统电荷清零方法清零时间过长且无法捕捉到有效信号的问题。
[0004]根据本专利技术一方面，提出一种CCD高速信号采集方法，该方法包括以下步骤，
[0005]步骤一、将待测光信号粗调节位置，使待测光信号完整的投射至CCD图像传感器的靶面区域；
[0006]步骤二、进行靶面调节，检测有效靶面，确定待测光信号占用的有效靶面行数；/>[0007]步骤三、进行靶面电荷清零，包括对靶面上电荷首先执行单行垂直转移，然后执行单列水平读出的循环清零操作；
[0008]步骤四、根据有效靶面行数、曝光时间和外部触发条件进行有效信号采集。
[0009]进一步地，步骤二中通过上下调整CCD位置使待测光信号处于靶面最下方，记录待测光信号占用靶面的有效行数即为有效靶面行数。
[0010]进一步地，步骤三中对有效靶面上电荷首先执行单行垂直转移，然后执行单列水平读出的循环清零操作的具体步骤包括，首先执行第一次垂直移位操作，使所有靶面电荷向下移位一行，接着执行第一次水平读出操作，即将水平寄存器的数据向外移动读出一个，使水平寄存器清空一个数据位；然后执行第二次垂直移位操作，接着再次执行水平读出操作，
……
，循环执行上述操作，直至外部触发结束清零。
[0011]进一步地，步骤三中所述电荷包括无效光电荷和暗电流电荷。
[0012]进一步地，所述方法通过FPGA产生对应的多路并行控制时序以驱动CCD工作进行信号采集，其中，CCD工作模式包括Video图像模式和Binning装箱模式。
[0013]根据本专利技术另一方面，提出一种CCD高速信号采集装置，包括，
[0014]信号获取模块，用于将待测光信号粗调节位置，使待测光信号完整的投射至CCD图像传感器的靶面区域；
[0015]靶面调节模块，用于进行靶面调节，检测有效靶面，确定待测光信号占用的有效靶面行数；
[0016]靶面电荷清零模块，用于进行靶面电荷清零，包括对靶面上电荷首先执行单行垂直转移，然后执行单列水平读出的循环清零操作；其中，所述电荷包括无效光电荷和暗电流电荷；
[0017]信号采集模块，用于根据有效靶面行数、曝光时间和外部触发条件进行有效信号采集。
[0018]进一步地，靶面调节模块通过上下调整CCD位置使待测光信号处于靶面最下方，记录待测光信号占用靶面的有效行数即为有效靶面行数。
[0019]进一步地，靶面电荷清零模块对有效靶面上电荷首先执行单行垂直转移，然后执行单列水平读出的循环清零操作的具体步骤包括，首先执行第一次垂直移位操作，使所有靶面电荷向下移位一行，接着执行第一次水平读出操作，即将水平寄存器的数据向外移动读出一个，使水平寄存器清空一个数据位；然后执行第二次垂直移位操作，接着再次执行水平读出操作，
……
，循环执行上述操作，直至外部触发结束清零。
[0020]进一步地，所述装置通过FPGA产生对应的多路并行控制时序以驱动CCD工作进行信号采集，其中，CCD工作模式包括Video图像模式和Binning装箱模式。
[0021]本专利技术的有益技术效果是：本专利技术针对CCD高速采样时全靶面电荷难以清零的问题，提出了采用先检测有效靶面，确定光信号占用的靶面行数，再对靶面进行单行单列独特的清零方式，单次清零所花时间极短，根据采样间隔的时间执行对应次数的清零，不会因为单次清零时间过长导致错过采样信号，可以做到在高速采样的同时对靶面电荷最大程度的清零。
附图说明
[0022]本专利技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本专利技术的优选实施例和解释本专利技术的原理和优点。
[0023]图1示出了根据本专利技术实施方式一种CCD高速信号采集方法的示意性流程图。
[0024]图2示出了传统电荷清零方法进行电荷清零的过程示意图。
[0025]图3示出了根据本专利技术实施方式一种CCD高速信号采集方法进行电荷清零的过程示意图。
[0026]图4示出了根据本专利技术实施方式一种CCD高速信号采集方法的外部触发与电荷清零的示意性程序流程图。
[0027]图5示出了根据本专利技术实施方式一种CCD高速信号采集方法的CCD工作状态转移图。
[0028]图6示出了根据本专利技术实施方式一种CCD高速信号采集装置的示意性结构图。
具体实施方式
[0029]在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本
技术实现思路
的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0030]CCD图像传感器是一种应用集成电路工艺制造的光电转换器件，即把光敏区接受到的光强信息转换为按时序串行输出的电信号，其中电信号在器件内部都是以电荷包的形式储存和转移，到输出阶段经过检测后以电压的形式传出。CCD图像传感器工作原理主要可以分为光电荷的产生、储存、转移、输出四个周期，光电转换在传感器表面阵列，储存发生在单MOS电容，转移通过电耦合的在垂直和水平两个方向的寄存器中进行，输出通过内置的放大器。
[0031]MOS电容结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CCD高速信号采集方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一、将待测光信号粗调节位置，使待测光信号完整的投射至CCD图像传感器的靶面区域；步骤二、进行靶面调节，检测有效靶面，确定待测光信号占用的有效靶面行数；步骤三、进行靶面电荷清零，包括对靶面上电荷首先执行单行垂直转移，然后执行单列水平读出的循环清零操作；步骤四、根据有效靶面行数、曝光时间和外部触发条件进行有效信号采集。2.根据权利要求1所述一种CCD高速信号采集方法，其特征在于，步骤二中通过上下调整CCD位置使待测光信号处于靶面最下方，记录待测光信号占用靶面的有效行数即为有效靶面行数。3.根据权利要求1所述一种CCD高速信号采集方法，其特征在于，步骤三中对有效靶面上电荷首先执行单行垂直转移，然后执行单列水平读出的循环清零操作的具体步骤包括，首先执行第一次垂直移位操作，使所有靶面电荷向下移位一行，接着执行第一次水平读出操作，即将水平寄存器的数据向外移动读出一个，使水平寄存器清空一个数据位；然后执行第二次垂直移位操作，接着再次执行水平读出操作，
……
，循环执行上述操作，直至外部触发结束清零。4.根据权利要求1所述一种CCD高速信号采集方法，其特征在于，步骤三中所述电荷包括无效光电荷和暗电流电荷。5.根据权利要求1所述一种CCD高速信号采集方法，其特征在于，所述方法通过FPGA产生对应的多路并行控制时序以驱动CCD工作进行信号采集，其中，CCD工作模式包括Video图像模式和Binning装箱模式。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：范贤光，李星，许英杰，王昕，颜晓梅，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：