專利名稱：全天時(shí)云覆蓋圖連續(xù)成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)成像儀，可應(yīng)用在靜止軌道衛(wèi)星上獲取夜間任一時(shí)間段的可 見光云圖，監(jiān)測(cè)大氣動(dòng)態(tài)變化。
背景技術(shù)：
云覆蓋圖是有重要價(jià)值的環(huán)境信息。由云覆蓋圖可以判斷天氣系統(tǒng)的演變，推測(cè) 多種重要的環(huán)境要素，如大氣穩(wěn)定度、大氣垂直運(yùn)動(dòng)、對(duì)流層風(fēng)速/風(fēng)向和降雨區(qū)域的分布 信息等。衛(wèi)星云覆蓋圖分為可見光云覆蓋圖(即可見光云圖)和紅外云覆蓋圖(紅外云 圖)。夜間獲取的可見光云圖又稱微光云圖。由于業(yè)務(wù)關(guān)系，氣象、導(dǎo)航和軍事部門對(duì)微光云圖都有迫切需求。目前，靜止軌道 衛(wèi)星上裝載的儀器獲取的都是白晝期間的紅外云圖和可見光云圖，微光云圖成像儀只在美 國(guó)國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)劃(簡(jiǎn)稱DMSP)和極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱NP0ESS)上有采用，分 別是業(yè)務(wù)線掃描儀(簡(jiǎn)稱0LS)和可見光/紅外成像輻射計(jì)套件(簡(jiǎn)稱VnRS)。OLS面向太陽(yáng)同步近極地軌道衛(wèi)星，每天可以獲取兩幅感興趣區(qū)域的云圖。OLS選 擇了擺掃方式，在它的內(nèi)部有一個(gè)掃描鏡，觀測(cè)刈幅^60km。OLS的可見光焦平面上有兩組 探測(cè)器，硅光電二極管在白天工作，光電倍增管在夜間工作。OLS的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整個(gè)望 遠(yuǎn)鏡在不停地正掃和回掃，對(duì)星體控制是一個(gè)相當(dāng)大的擾動(dòng)，另外，受光電倍增管影響，夜 間云圖的輻射質(zhì)量不高。VIIRS有22個(gè)通道，三個(gè)焦平面，使用了四種焦平面陣列，結(jié)構(gòu)比OLS更復(fù)雜。VII RS日夜云圖焦平面上使用了延時(shí)積分C⑶器件(即TDI(XD)，并且為輻射定標(biāo)配置了參考 黑體和太陽(yáng)漫反射器，提高了云圖的輻射質(zhì)量。但是，同OLS—樣，VIIRS面向的也是太陽(yáng) 同步近極地軌道衛(wèi)星，每天只能獲取兩幅感興趣區(qū)域云圖，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)視。雖然VIIRS 沒有掃描鏡，但有一個(gè)輻射定標(biāo)使用的望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，同樣對(duì)整星控制和動(dòng)力學(xué)特性有 影響。因此，現(xiàn)有的微光云圖成像儀都面向的是太陽(yáng)同步近極地軌道衛(wèi)星，均不支持天 氣系統(tǒng)演變的分析，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高，在靜止軌道氣象衛(wèi)星上尚無全天時(shí)云圖成像儀器 出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出圖像 質(zhì)量高的全天時(shí)云覆蓋圖連續(xù)成像儀。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是全天時(shí)云覆蓋圖連續(xù)成像儀，包括望遠(yuǎn)鏡、焦平面部 件、信號(hào)處理單元、累加控制器、輸出控制器、圖像存儲(chǔ)器、格式編排單元和數(shù)據(jù)接口，其 中望遠(yuǎn)鏡用于收集目標(biāo)輻射，并將目標(biāo)的像匯聚在焦平面上；焦平面部件包括全幀型面陣CCD以及供電電路和驅(qū)動(dòng)電路；全幀型面陣CCD作為圖像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；供電電路為CCD提供各種電壓和電流輸出的偏置與 供電；驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)數(shù)據(jù)接口接收外部提供的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)，產(chǎn)生工作時(shí)鐘并分 別送至全幀型面陣CCD、累加控制器和輸出控制器；信號(hào)處理單元有N個(gè)信號(hào)處理通道，每一個(gè)通道對(duì)應(yīng)一路CXD器件的圖像輸出， 每一個(gè)信號(hào)處理通道包括有相關(guān)雙采樣電路、低噪聲放大器電路、鉗位電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路；累加控制器每一個(gè)信號(hào)處理通道連接一個(gè)累加控制器，累加控制器根據(jù)驅(qū)動(dòng)電 路傳來的工作時(shí)鐘，將信號(hào)處理通道輸出的數(shù)字信號(hào)向圖像存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的圖像存儲(chǔ)單元 累加存儲(chǔ)，并記錄對(duì)應(yīng)圖像存儲(chǔ)單元中飽和像素的數(shù)量；輸出控制器根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路傳來的工作時(shí)鐘，統(tǒng)計(jì)各累加控制器記錄的圖像存儲(chǔ) 器中的飽和像素?cái)?shù)量總和，若飽和像素?cái)?shù)量總和超出預(yù)設(shè)值，則將圖像存儲(chǔ)器中的內(nèi)容全 部讀出并送至格式編排單元；圖像存儲(chǔ)器有N個(gè)存儲(chǔ)單元，每一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)CCD器件一個(gè)端口的輸出數(shù) 據(jù)，在累加控制器和輸出控制器的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)存?。桓袷骄幣艈卧罁?jù)傳輸通道的數(shù)量、傳輸速率和星地傳輸?shù)募s定數(shù)據(jù)格式，對(duì)傳 來的輸出數(shù)據(jù)做統(tǒng)一編排后送數(shù)據(jù)接口輸出；數(shù)據(jù)接口 接收外部提供的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)并送至驅(qū)動(dòng)電路，向外部輸 出圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于第一，本發(fā)明成像儀可以對(duì)云覆蓋情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視，從黃昏一直到黎明。 在圖像存儲(chǔ)器、累加控制器和輸出控制器的配合下，每秒曝光一次，自動(dòng)調(diào)整累加的曝光次 數(shù)，所以，儀器能夠自動(dòng)適應(yīng)云體輻亮度的大范圍變化，輻射響應(yīng)靈敏度高，即使在最微弱 的月光下也可以保證不超過兩分鐘就輸出一幅質(zhì)量滿足使用要求的圖像；第二，本發(fā)明成像儀無機(jī)械快門，無活動(dòng)部件，可靠性高。因?yàn)閮x器位置高(36000 公里)，一臺(tái)儀器即可實(shí)現(xiàn)全中國(guó)境內(nèi)云覆蓋情況的監(jiān)視，既不需要掃描鏡也不需要擺動(dòng)望 遠(yuǎn)鏡。雖然使用的是全幀型CCD器件，但是，由于云體輻亮度低，在信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移期間無需 關(guān)閉入射光路，故無需機(jī)械快門的配合；第三，本發(fā)明成像儀圖像質(zhì)量好，在四分之一月光下信噪比可以達(dá)IOdB以上，且 輻射響應(yīng)的線性度優(yōu)于7%。本儀器集成了累加控制器、輸出控制器和圖像存儲(chǔ)器，在輸出 控制器控制下對(duì)曝光結(jié)果進(jìn)行累加，根據(jù)飽和像素所占比例自動(dòng)調(diào)節(jié)累加的曝光次數(shù)，因 為噪聲在累積過程中的增長(zhǎng)速度沒有信號(hào)的增長(zhǎng)速度快，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既適應(yīng)了云體輻射 的動(dòng)態(tài)變化，又兼顧了輸出輻射響應(yīng)的高線性度和高信號(hào)噪聲比。


圖1為本發(fā)明成像儀的組成結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明累加控制器的工作流程圖；圖3為本發(fā)明輸出控制器的工作流程圖；圖4為本發(fā)明累加控制器、輸出控制器和圖像存儲(chǔ)器關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括望遠(yuǎn)鏡、焦平面部件、信號(hào)處理單元、累加控制器、輸出控 制器、圖像存儲(chǔ)單元、格式編排單元和數(shù)據(jù)接口。一、望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡主要用于收集目標(biāo)輻射，并將目標(biāo)的像匯聚在焦平面上。本發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡 選用折射光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。折射光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主要性能參數(shù)選取原則有四項(xiàng)。(1)焦距設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合CXD器件的像素尺寸、衛(wèi)星飛行高度和云圖分辨率要求，滿足
關(guān)系式焦距=飛彳了_。如果CCD像素尺寸為9 μ m,軌道高度36000公
5圖分辨率
里，以中心區(qū)域空間分辨率1公里考慮，焦距可以設(shè)計(jì)在420mm。(2)光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角應(yīng)不小于國(guó)土東西向張角，12. 2°即可覆蓋我國(guó)全部國(guó) 土；(3)在技術(shù)和成本允許情況下，光學(xué)系統(tǒng)的孔徑和透過率應(yīng)盡可能大，提高焦平面 照度，建議F數(shù)(光學(xué)系統(tǒng)焦距與孔徑的比值)選1.4; (4)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)應(yīng)當(dāng)適中，從成本上考慮，可以設(shè)定在0. 7左右。二、焦平面部件焦平面部件包括CCD器件以及相應(yīng)的供電電路和驅(qū)動(dòng)電路。CXD器件選擇全幀型CXD器件，如加拿大Dalsa公司的GALT。GALT的主要性能指 標(biāo)如下像素尺寸9μπιΧ9μπι ；像素?cái)?shù)量=10240X10240 ；飽和電子數(shù)7Χ104 ；平均量子 效率(0. 4 1. 0 μ m) :0. 26 ；輻射靈敏度4. OV/ μ J/cm2 ；器件幀頻率IHz ；曝光時(shí)間300ms ； 轉(zhuǎn)移時(shí)間700ms ；噪聲(rms值)350 μ V(22°C條件下)；調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF) > 0. 5 (水平方 向和垂直方向)；輸出端口 20個(gè)。除CXD器件外，焦平面上還需要配置供電電路和驅(qū)動(dòng)電路。供電電路根據(jù)CXD器 件各供電端口對(duì)電平和電流的要求，用DC-DC變換器件提供供電。驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)可編 程邏輯器件和若干專用驅(qū)動(dòng)器件?？删幊踢壿嬈骷臄?shù)據(jù)接口接收位同步時(shí)鐘和幀同步時(shí) 鐘，成像的幀周期設(shè)定在1Hz，曝光時(shí)間設(shè)定在0. 3s，轉(zhuǎn)移時(shí)間設(shè)定在0. 7s，經(jīng)分頻和邏輯 運(yùn)算，生成CCD工作需要的各種時(shí)鐘信號(hào)，如轉(zhuǎn)移時(shí)鐘、移位時(shí)鐘、曝光有效時(shí)鐘、門控時(shí)鐘 和信號(hào)處理單元的采樣時(shí)鐘，將轉(zhuǎn)移時(shí)鐘、移位時(shí)鐘、曝光有效時(shí)鐘和門控時(shí)鐘送專用驅(qū)動(dòng) 電路放大后送CXD器件，將采樣時(shí)鐘送信號(hào)處理單元，將轉(zhuǎn)移時(shí)鐘和曝光有效時(shí)鐘送累加 控制器和輸出控制器。三、信號(hào)處理單元有N個(gè)信號(hào)處理通道，CXD器件每一個(gè)視頻輸出端口對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)處理通道。例 如，當(dāng)采用上述加拿大Dalsa公司的GALT作為CXD器件時(shí)，信號(hào)處理通道有20組，分別對(duì) 應(yīng)CXD器件的20個(gè)圖像信號(hào)輸出端口。每一個(gè)信號(hào)處理通道包括相關(guān)雙采樣電路、低噪聲 放大器電路、鉗位電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換換電路。相關(guān)雙采樣的作用是抑制復(fù)位噪聲，CCD器件在輸出信號(hào)電荷時(shí)，在復(fù)位時(shí)鐘的作 用下，先將輸出電平恢復(fù)到一個(gè)設(shè)定值上，再在像元轉(zhuǎn)移時(shí)鐘的作用下，將一個(gè)信號(hào)電荷包 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)疊加在設(shè)定值上，故復(fù)位值和信號(hào)輸出受同樣的噪聲過程影響，因此，如果 在每一個(gè)像素周期先采樣復(fù)位電平，再采樣信號(hào)輸出，兩個(gè)采樣結(jié)果相減即可大大抑制復(fù)位噪聲的影響。Dalsa公司可以提供專用器件，其它半導(dǎo)體公司也可以提供相關(guān)雙采樣器 件，具體選用時(shí)需考慮與CCD器件的接口、輸出阻抗、時(shí)鐘頻率、CCD輸出信號(hào)上升時(shí)間等因素。因?yàn)镃⑶器件輸出視頻信號(hào)的頻率通常在IOMHz以上，里面包含大量的熱噪聲， 幅度和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的需求不一致，為了使其與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入相匹配并抑制熱噪聲的影 響，需要對(duì)相關(guān)雙采樣輸出的信號(hào)做低噪聲放大。低噪聲放大電路可以選擇美國(guó)AD公司通 用寬帶低噪聲模擬信號(hào)放大器。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，模擬信號(hào)放大器的帶寬應(yīng)設(shè)定在 時(shí)鐘頻率的二倍左右，這樣既不影響基帶內(nèi)的視頻信號(hào)，又能獲得比較理想的濾波效果。鉗位電路的作用是抑制暗信號(hào)噪聲的影響。在此可以采用一般的鉗位電路，如二 極管鉗位電路，將輸出的模擬信號(hào)鉗位到該端口內(nèi)置的暗像元電平上。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用是將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成方便傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，一是因?yàn)閿?shù) 字信號(hào)方便計(jì)算機(jī)處理，二是數(shù)字信號(hào)傳輸通道的保真度遠(yuǎn)高于模擬信號(hào)傳輸通道。模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路可以選擇通用的ADC器件，如AD公司的ADC器件。要求數(shù)字信號(hào)位數(shù)14位，器件 最高采樣頻率超過像素頻率二倍以上。之所以選擇14位量化器件，主要是為了降低量化噪 聲的幅度，方便弱信號(hào)提取，器件最高采樣頻率選擇在像素頻率二倍以上，為的是不影響視 頻信號(hào)的頻率特性。四、累加控制器每一個(gè)信號(hào)處理通道后面連接一個(gè)累加控制器。累加控制器并行工作，將信號(hào)處 理單元輸出的數(shù)字信號(hào)向圖像存儲(chǔ)器累加。累加控制器可以由數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片完成。在DSP芯片內(nèi)部，設(shè)置有一個(gè) 加法器、一個(gè)比較器和兩個(gè)計(jì)數(shù)器(飽和像素?cái)?shù)量計(jì)數(shù)器和輸出像素計(jì)數(shù)器)。加法器對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的輸出和讀取的圖像存儲(chǔ)器的內(nèi)容做加法運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果 送比較器并向圖像存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。比較器將加法器的累加結(jié)果和設(shè)定的飽和值比較，如果超過了設(shè)定飽和值，則向 飽和像素?cái)?shù)量計(jì)數(shù)器發(fā)信號(hào)，飽和像素?cái)?shù)量計(jì)數(shù)器內(nèi)容加一，否則不執(zhí)行任何操作。輸出像素計(jì)數(shù)器記錄CXD器件端口已輸出的像素?cái)?shù)量，形成圖像存儲(chǔ)器讀寫的地 址。在一個(gè)像素轉(zhuǎn)移時(shí)鐘作用下，讀取一個(gè)像素信號(hào)，做完累加并寫入圖像存儲(chǔ)單元后，輸 出像素計(jì)數(shù)器加一。飽和像素計(jì)數(shù)器記錄圖像存儲(chǔ)單元中飽和像素的數(shù)量。累加器每輸出一個(gè)超過飽 和值的信號(hào)，飽和像素計(jì)數(shù)器加一。在驅(qū)動(dòng)電路指示曝光結(jié)束后，在像素時(shí)鐘的控制下，每輸入一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù) 據(jù)，讀取一個(gè)圖像存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)，加法器運(yùn)算一次，將結(jié)果送圖像存儲(chǔ)單元保存，同時(shí)，比 較器將它和飽和閾值比較，如果大于飽和閾值，飽和像素計(jì)數(shù)器加一，然后，對(duì)輸出像素計(jì) 數(shù)器加一，指向下一存儲(chǔ)字節(jié)。累加控制器的邏輯流程如圖2所示。五、輸出控制器輸出控制器用于監(jiān)視圖像存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的狀態(tài)，決定是否終止曝光信號(hào)的累加過 程，控制圖像輸出的次序。輸出控制器接收驅(qū)動(dòng)電路送來的像素時(shí)鐘、位同步時(shí)鐘和曝光有 效時(shí)鐘，讀取各圖像存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)；為圖像存儲(chǔ)單元提供地址信號(hào)的選通信號(hào)，為格式編排單元輸出圖像數(shù)據(jù)。輸出控制器也DSP芯片實(shí)現(xiàn)。在其內(nèi)部，設(shè)置有一個(gè)加法器、一個(gè)比較器、三個(gè)計(jì) 數(shù)器和一個(gè)譯碼器。加法器對(duì)各累加控制器中飽和像素?cái)?shù)量計(jì)數(shù)器的內(nèi)容相加，統(tǒng)計(jì)總飽 和像素?cái)?shù)量。比較器將總飽和像素?cái)?shù)量同設(shè)定值比較，當(dāng)總飽和像素?cái)?shù)量超過設(shè)定值時(shí)啟 動(dòng)輸出過程。三個(gè)計(jì)數(shù)器中，一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄曝光次數(shù)；一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄輸出像素?cái)?shù)量；一 個(gè)計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)圖像存儲(chǔ)單元編號(hào)，在輸出過程中做圖像存儲(chǔ)單元選擇用。譯碼器對(duì)存儲(chǔ)單 元編號(hào)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容譯碼，輸出圖像存儲(chǔ)單元的選通信號(hào)。每一次轉(zhuǎn)移過程結(jié)束，曝光次數(shù)計(jì)數(shù)器加一，讀取各累加控制器中飽和像素計(jì)數(shù) 器的內(nèi)容，經(jīng)加法器累加后與設(shè)定值比較，若沒有超過設(shè)定值，對(duì)各累加控制器中輸出像素 的內(nèi)容清零，等待下一幀數(shù)據(jù)。若超過了設(shè)定值，將輸出像素?cái)?shù)量計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)單元編號(hào)計(jì) 數(shù)器清零，隨后，每輸入一個(gè)像素時(shí)鐘，輸出像素內(nèi)容加一，由輸出像素內(nèi)容作為地址，由存 儲(chǔ)單元編號(hào)計(jì)數(shù)器和譯碼器輸出圖像存儲(chǔ)單元選通信號(hào)，讀取對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元一個(gè)字節(jié)的內(nèi) 容到數(shù)據(jù)總線，送往格式編排單元。一旦輸出像素到達(dá)圖像存儲(chǔ)單元的容量，輸出像素計(jì)數(shù) 器溢出，對(duì)存儲(chǔ)單元編號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值加一，開始輸出下一個(gè)圖像存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，所有存 儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)輸出結(jié)束，輸出曝光次數(shù)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，最后，清除所有圖像存儲(chǔ)單元內(nèi)容和計(jì) 數(shù)器的內(nèi)容，進(jìn)入下一幀圖像的累積。輸出控制器的邏輯流程如圖3所示。六、圖像存儲(chǔ)器包括N個(gè)圖像存儲(chǔ)單元，每一個(gè)圖像輸出端口均配置一個(gè)圖像存儲(chǔ)單元。每一個(gè) 圖像存儲(chǔ)單元的容量大于其對(duì)應(yīng)CCD器件端口輸出的像素?cái)?shù)量，圖像存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度不 低于模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)器件輸出的數(shù)據(jù)寬度。當(dāng)采用上述加拿大Dalsa公司的GALT作為CXD器件時(shí)，圖像存儲(chǔ)單元也包括20 個(gè)存儲(chǔ)器，分別對(duì)應(yīng)20路信號(hào)處理電路，每個(gè)存儲(chǔ)器的容量為5Mbytes，字節(jié)寬度16bits， 可以選擇數(shù)據(jù)讀寫速度不低于20MByteS/S的通用抗輻照Flash器件。圖像存儲(chǔ)單元與地址總線和數(shù)據(jù)總線相連，讀寫控制信號(hào)和清零信號(hào)來自監(jiān)測(cè)控 制單元中的累加控制器和輸出控制器。累加控制器、輸出控制器和圖像存儲(chǔ)單元的關(guān)系如圖4所示。七、格式編排單元格式編排單元依據(jù)傳輸?shù)耐ǖ罃?shù)量、傳輸速率和星地傳輸約定好的數(shù)據(jù)格式，對(duì) 圖像存儲(chǔ)器輸出的圖像做統(tǒng)一的編排，如嵌入輔助數(shù)據(jù)、并行到串行的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分路以及 加擾等，編排后送數(shù)據(jù)接口輸出。八、數(shù)據(jù)接口接收外部提供的的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)并送至焦平面部件中的驅(qū)動(dòng)電路，同 時(shí)將格式編排單元產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)向外部輸出。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.全天時(shí)云覆蓋圖連續(xù)成像儀，其特征在于包括望遠(yuǎn)鏡、焦平面部件、信號(hào)處理單 元、累加控制器、輸出控制器、圖像存儲(chǔ)器、格式編排單元和數(shù)據(jù)接口，其中 望遠(yuǎn)鏡用于收集目標(biāo)輻射，并將目標(biāo)的像匯聚在焦平面上；焦平面部件包括全幀型面陣CCD以及供電電路和驅(qū)動(dòng)電路；全幀型面陣CCD作為圖 像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；供電電路為CCD提供各種電壓和電流輸出的偏置與供 電；驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)數(shù)據(jù)接口接收外部提供的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)，產(chǎn)生工作時(shí)鐘并分別 送至全幀型面陣CCD、累加控制器和輸出控制器；信號(hào)處理單元有N個(gè)信號(hào)處理通道，每一個(gè)通道對(duì)應(yīng)一路CXD器件的圖像輸出，每一 個(gè)信號(hào)處理通道包括有相關(guān)雙采樣電路、低噪聲放大器電路、鉗位電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；累加控制器每一個(gè)信號(hào)處理通道連接一個(gè)累加控制器，累加控制器根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路傳 來的工作時(shí)鐘，將信號(hào)處理通道輸出的數(shù)字信號(hào)向圖像存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)的圖像存儲(chǔ)單元累加 存儲(chǔ)，并記錄對(duì)應(yīng)圖像存儲(chǔ)單元中飽和像素的數(shù)量；輸出控制器根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路傳來的工作時(shí)鐘，統(tǒng)計(jì)各累加控制器記錄的圖像存儲(chǔ)器中 的飽和像素?cái)?shù)量總和，若飽和像素?cái)?shù)量總和超出預(yù)設(shè)值，則將圖像存儲(chǔ)器中的內(nèi)容全部讀 出并送至格式編排單元；圖像存儲(chǔ)器有N個(gè)存儲(chǔ)單元，每一個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)CCD器件一個(gè)端口的輸出數(shù)據(jù)，在 累加控制器和輸出控制器的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)存?。桓袷骄幣艈卧罁?jù)傳輸通道的數(shù)量、傳輸速率和星地傳輸?shù)募s定數(shù)據(jù)格式，對(duì)傳來的 輸出數(shù)據(jù)做統(tǒng)一編排后送數(shù)據(jù)接口輸出；數(shù)據(jù)接口 接收外部提供的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)并送至驅(qū)動(dòng)電路，向外部輸出圖 像數(shù)據(jù)。
全文摘要
全天時(shí)云覆蓋圖連續(xù)成像儀包括八個(gè)組成部分。望遠(yuǎn)鏡用于收集目標(biāo)輻射，并將目標(biāo)像匯聚在焦平面上。焦平面部件包括全幀型面陣CCD、供電電路和驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)數(shù)據(jù)接口接收外部提供的幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)，產(chǎn)生CCD器件的工作時(shí)鐘。信號(hào)處理單元對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行模擬處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換。累加控制器將信號(hào)處理單元輸出的數(shù)字視頻信號(hào)向圖像存儲(chǔ)單元累加并記錄圖像存儲(chǔ)單元中飽和像素的數(shù)量。輸出控制器根據(jù)曝光像素比例決定是否終止累加過程，控制圖像輸出的次序。圖像存儲(chǔ)器受累加控制器和輸出控制器管理，供圖像累加使用。格式編排單元對(duì)輸出數(shù)據(jù)做統(tǒng)一的格式編排后經(jīng)數(shù)據(jù)接口輸出。本儀器可靠性高，可以對(duì)云覆蓋情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視。
文檔編號(hào)G01W1/00GK102073069SQ20101059254
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者時(shí)紅偉 申請(qǐng)人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部