專利名稱:一種可增強ccd相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種可增強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)電路，包括依次連接的相關(guān)雙采樣電路、低通濾波器、AD轉(zhuǎn)換電路，其中，相關(guān)雙采樣電路的輸入端與原始CCD信號源相連，用于去除原始CCD信號中的復(fù)位脈沖，并將原始CCD信號離散化；低通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q>0.5，用于將相關(guān)雙采樣電路輸出的CCD信號動態(tài)放大，且放大后的CCD信號具有多組振鈴；AD轉(zhuǎn)換電路包括AD量化芯片和AD驅(qū)動時鐘電路，用于將所述低通濾波器輸出的CCD信號數(shù)字化；AD驅(qū)動時鐘電路用于精確控制AD量化芯片的采樣保持點，使采樣保持點落在所述多組振鈴中第一個振鈴的極值點處。本實用新型電路結(jié)構(gòu)原理簡單、成本低、通用性強，對調(diào)制傳遞函數(shù)的增強完全可控。
【專利說明】
一種可増強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種增強C⑶相機調(diào)制傳遞函數(shù)調(diào)整的電路。
【背景技術(shù)】
[0002] (XD相機主要由光學(xué)機械部件、(XD、驅(qū)動電路和信號處理電路組成。成像目標通過 光學(xué)機械部件成像在CCD的光敏面上，在驅(qū)動電路所提供的驅(qū)動脈沖的作用下，CCD完成光 電荷的轉(zhuǎn)換、存儲、轉(zhuǎn)移和讀取，從而將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為CCD電信號，信號處理電路將CCD電 信號轉(zhuǎn)換為計算機可以存儲、處理的數(shù)字圖像信號。
[0003] 調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF，Modulation Transfer Function)是衡量CCD相機成像性能的 重要指標之一，其表征了CCD相機對被照目標邊界的表征能力:高的調(diào)制傳遞函數(shù)表現(xiàn)在圖 像上即目標有清晰的輪廓，低的調(diào)制傳遞函數(shù)表現(xiàn)在圖像上即目標輪廓模糊。影響CCD相機 調(diào)制傳遞函數(shù)的因素有相機光學(xué)系統(tǒng)、CCD傳感器及CCD信號處理電路。相機光學(xué)系統(tǒng)的調(diào) 制傳遞函數(shù)截止頻率受前期設(shè)計及后期裝配的影響，一旦裝配完成后，調(diào)制傳遞函數(shù)在截 止頻率處的值就為一確定值;CCD傳感器對相機的調(diào)制傳遞函數(shù)有一定的影響，但是對于一 臺相機來說，其影響也是一定的；CCD信號處理電路對調(diào)制傳遞函數(shù)的影響比較小，對于大 部分C⑶相機來說，可以忽略。
[0004] 對于一般的CCD相機，目前提高調(diào)制傳遞函數(shù)的手段主要基于后期圖像處理的方 法，即圖像的MTF增強。圖像后處理的方法雖然能夠在一定程度上提高圖像調(diào)制度，但是往 往會導(dǎo)致圖像其他參數(shù)的惡化，如圖像信噪比，因此具有一定的局限性。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 基于以上背景，本實用新型提供了一種可增強(XD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案是：
[0007] -種可增強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路，其特殊之處在于:它包括依次連接的相 關(guān)雙采樣電路、低通濾波器、AD轉(zhuǎn)換電路，其中，相關(guān)雙采樣電路的輸入端與原始CCD信號源 相連;所述相關(guān)雙采樣電路用于去除原始CCD信號中的復(fù)位脈沖，并將原始CCD信號離散化； 所述低通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q>〇. 5,用于將相關(guān)雙采樣電路輸出的CCD信號動態(tài)放大，且放 大后的CCD信號具有多組振鈴;所述AD轉(zhuǎn)換電路包括AD量化芯片和AD驅(qū)動時鐘電路，用于將 所述低通濾波器輸出的CCD信號數(shù)字化;所述AD驅(qū)動時鐘電路用于精確控制AD量化芯片的 采樣保持點，使采樣保持點落在所述多組振鈴中第一個振鈴的極值點處。
[0008] 上述低通濾波器為二階低通濾波器。
[0009] 上述二階低通濾波器包括運算放大器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4;所述電阻 R1的一端與所述相關(guān)雙采樣電路的輸出端相連，另通過電阻R2與運算放大器的同向輸入端 相連;所述電阻R1和電阻R2之間還接有電容C1，電容C1的另一端接運算放大器的輸出端;所 述電阻R2和運算放大器的同向輸入端之間還接有電容C2,電容C2的另一端接地;所述電阻 R3的一端接運算放大器的輸出端，另一端分別接電阻R4和運算放大器的反向輸入端;所述 電阻R4的一端接運算放大器的反向輸入端，另一端接地。
[0010]本實用新型的優(yōu)點是：
[0011] 1、本實用新型可在(XD相機的光學(xué)系統(tǒng)及CCD傳感器確定的情況下，對系統(tǒng)的調(diào)制 傳遞函數(shù)進行一定的增強，且電路結(jié)構(gòu)原理簡單、成本低、通用性強。由于CCD信號在通過濾 波器放大的同時會產(chǎn)生多組振鈴，本領(lǐng)域技術(shù)人員往往考慮到振鈴處信號不平穩(wěn)，通常會 避免在振鈴及其附近采樣。而本實用新型卻跳出常規(guī)思維，將采樣保持點選擇在每組振鈴 中第一個振鈴的極值點處，利用第一個振鈴與輸入CCD信號振幅線性相關(guān)的特性（即濾波器 對CCD信號的放大在振鈴處是等比例放大），對放大后的CCD信號進行AD量化，得到的結(jié)果較 之原始CCD信號并未出現(xiàn)失真現(xiàn)象，在信號放大的同時確保了圖像質(zhì)量。
[0012] 2、本實用新型可實現(xiàn)CCD相機的調(diào)制傳遞函數(shù)的增強完全可控，根據(jù)(XD相機的使 用要求調(diào)整濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q，可方便地控制CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的增強，且濾波器的 品質(zhì)因數(shù)Q越高，調(diào)制傳遞函數(shù)的增強幅值越大。
[0013] 3、本實用新型可通過設(shè)置低通濾波器的帶寬，對(XD信號在AD量化之前進行濾波， 能有效降低噪聲，提高最終圖像的信噪比。
【附圖說明】

[0014] 圖1為本實用新型的電路原理圖；
[0015]圖2a~2c為(XD相機對條紋靶標成像時，采用本實用新型對CCD信號處理過程的原 理示意圖，其中圖2a為原始(XD信號，圖2b為相關(guān)雙采樣后的C⑶信號，圖2c為經(jīng)二階濾波器 放大后的CCD信號；
[0016] 圖3為振鈴的最大振幅與方波振幅的關(guān)系不意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明。
[0018] CCD輸出的每個像元的模擬電信號都包括三部分:復(fù)位脈沖A、復(fù)位電平B及信號電 平C，如圖2a所示。其中，復(fù)位脈沖A是無效信號，復(fù)位電平B與信號電平C的差等于有效信號 的幅值。本實用新型首先采用相關(guān)雙采樣電路去除復(fù)位脈沖A，同時獲取復(fù)位電平B與信號 電平B的差值，相關(guān)雙采樣電路的輸出即為有效信號的電平值，如圖2b所示;然后利用低通 濾波器對相關(guān)雙采樣電路輸出的有效信號進行放大，同時信號在通過低通濾波器后會產(chǎn)生 多組振鈴，圖2c中僅示意出三組振鈴Z1、Z2和Z3,且每組有兩個振鈴；最后對放大后的有效 信號進行AD量化獲得每一個像元的灰度值，在AD量化時使采樣點落在每組振鈴中第一個振 鈴的峰(谷)處，如圖2c中所示的Z11、Z21和Z31處。
[0019]基于上述原理，本實用新型所提供的可增強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路如圖1所 示，它包括依次連接的相關(guān)雙采樣電路、低通濾波器和AD轉(zhuǎn)換電路;其中，相關(guān)雙采樣電路 的輸入端與原始CCD信號源相連，用于去除原始CCD信號中的復(fù)位脈沖，并將原始CCD信號離 散化;低通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q>〇.5,用于將相關(guān)雙采樣電路輸出的CCD信號動態(tài)放大，且放 大后的CCD信號具有多組振鈴;AD轉(zhuǎn)換電路包括AD量化芯片和AD驅(qū)動時鐘電路，用于將低通 濾波器輸出的CCD信號數(shù)字化;AD驅(qū)動時鐘電路用于精確控制AD量化芯片的采樣保持點，使 采樣保持點落在所述多組振鈴中第一個振鈴的極值點處。
[0020] 上述低通濾波器可采用二階低通濾波器，本實用新型采用的二階低通濾波器包括 運算放大器、電阻則、1?2、1?、1?4，電容(：1工2。電阻1?1的一端接相關(guān)雙采樣電路的輸出端，另 一端分別接電容C1和電阻R2;電容C1的另一端接運算放大器的輸出端；電阻R2的另一端分 別接運算放大器的同向輸入端和電容C2;電容C2的另一端接地;電阻R4的一端接地，另一端 接運算放大器的反向輸入端；電阻R3的一端接運算放大器的反向輸入端，另一端分別接運 算放大器的輸出端和電阻R4。
[0021] 下面以CCD相機對黑白條紋靶標進行成像為例，具體說明本實用新型對調(diào)制傳遞 函數(shù)的增強效果。
[0022] 如果CCD相機對黑白條紋靶標進行成像，條紋靶標的空間頻率為相機的極限截止 頻率，條紋靶標的像與(XD像元尺寸相當，在經(jīng)過精確對準后，獲取的圖像也為黑白條紋。通 過黑白條紋的灰度就可以計算得到相機的對比度傳遞函數(shù)（CTF，Contrast Transfer Function)，
·0Ν為灰度值）。將對比度傳遞函數(shù)CTF進行傅里 葉展開即可獲得相機的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF，在不考慮傅里葉展開高次項的情況下有調(diào)制傳 遞函數(shù)
。由于最終圖像的灰度實際上是每一個像元信號在AD量化后的 結(jié)果，故相機的對比度傳遞函數(shù)CTF也可以利用信號電平進行計算，因此在沒有經(jīng)過濾波器 放大處理時相機的對比度傳遞函數(shù)
[0023]本實用新型在信號AD量化之前設(shè)置一個品質(zhì)因數(shù)Q>0.5的二階低通濾波器，C⑶信 號(方波信號)在通過濾波器后會產(chǎn)生振鈴，如圖3所示，每組振鈴的第一個振鈴幅值與方波 振幅之間的關(guān)系為2
' AVI為方波振幅，AV1=V1_V2。調(diào)整 AD量化的采樣點，令其落在每組振鈴的第一個振鈴的峰(谷)處(如圖2c中所示Z11、Z21、Z31 處），這樣相機的對比度傳遞函數(shù)
。可以看出，在這種情況下，相
機的CTF提升量為
，相應(yīng)的，調(diào)制傳遞函數(shù)MTF的提升量為 s調(diào)整濾 波器的品質(zhì)因數(shù)Q，就能夠獲得不同的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF增強效果。
【主權(quán)項】
1. 一種可增強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路，其特征在于:包括依次連接的相關(guān)雙采樣 電路、低通濾波器、AD轉(zhuǎn)換電路，其中，相關(guān)雙采樣電路的輸入端與原始CCD信號源相連； 所述相關(guān)雙采樣電路用于去除原始CCD信號中的復(fù)位脈沖，并將原始CCD信號離散化； 所述低通濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q>〇. 5,用于將相關(guān)雙采樣電路輸出的CCD信號動態(tài)放大， 且放大后的CCD信號具有多組振鈴； 所述AD轉(zhuǎn)換電路包括AD量化芯片和AD驅(qū)動時鐘電路，用于將所述低通濾波器輸出的 CCD信號數(shù)字化;所述AD驅(qū)動時鐘電路用于精確控制AD量化芯片的采樣保持點，使采樣保持 點落在所述多組振鈴中第一個振鈴的極值點處。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可增強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路，其特征在于:所述 低通濾波器為二階低通濾波器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可增強CCD相機調(diào)制傳遞函數(shù)的電路，其特征在于:所述 二階低通濾波器包括運算放大器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4;所述電阻R1的一端與所 述相關(guān)雙采樣電路的輸出端相連，另通過電阻R2與運算放大器的同向輸入端相連;所述電 阻R1和電阻R2之間還接有電容C1，電容C1的另一端接運算放大器的輸出端;所述電阻R2和 運算放大器的同向輸入端之間還接有電容C2，電容C2的另一端接地;所述電阻R3的一端接 運算放大器的輸出端，另一端分別接電阻R4和運算放大器的反向輸入端;所述電阻R4的一 端接運算放大器的反向輸入端，另一端接地。
【文檔編號】H04N5/217GK205726005SQ201620388660
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】張健, 徐哲, 趙燕, 李愛玲, 白喆
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所