專利名稱：基于交替變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的無電子快門ccd積分時(shí)間調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CCD(Charge Coupled Device,電荷耦合器件)應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無電子快門CCD光積分時(shí)間的調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
在攝影、醫(yī)療、工業(yè)測(cè)量、機(jī)器視覺等等領(lǐng)域，大量用到圖像傳感器CCD，以完成圖像拍攝的任務(wù)。要正常完成圖像拍攝任務(wù)，一個(gè)先決條件是，CCD必須進(jìn)行適度的曝光，以獲得清晰的圖像，曝光不足和過度曝光都無法得到清晰的圖像，這通常是通過控制目標(biāo)光照亮度和CCD的曝光時(shí)間(即光積分時(shí)間)來實(shí)現(xiàn)的。但多數(shù)情況下，目標(biāo)的光照亮度是無法控制的，這就只能控制CCD的積分時(shí)間。因此，在實(shí)際使用中，為了適應(yīng)外界光強(qiáng)的變化，對(duì)CCD的光積分時(shí)間做相應(yīng)的調(diào)整，以使CCD在最佳的積分時(shí)間內(nèi)形成清晰的圖像，就成為CCD應(yīng)用的關(guān)鍵問題。 不管是線陣CCD還是面陣CCD，都分為有電子快門和無電子快門兩類。對(duì)于有電子快門的CCD,由于電子快門的控制信號(hào)可以獨(dú)立于幀圖像讀取時(shí)間進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，因而積分時(shí)間的調(diào)節(jié)非常靈活，基本上不會(huì)在積分時(shí)間調(diào)節(jié)問題上碰到難題。 但對(duì)于無電子快門的CCD來說，其積分時(shí)間卻受到幀圖像讀取時(shí)間的制約。現(xiàn)以無電子快門的線陣CCD為例來說明這種限制。圖l是無電子快門線陣CCD的典型驅(qū)動(dòng)時(shí)序，其中SH為幀圖像轉(zhuǎn)移信號(hào)(將幀圖像從感光陣列轉(zhuǎn)移到移位寄存器)，PHI為像素移位輸出信號(hào)(將移位寄存器內(nèi)的光電荷信號(hào)逐位移位輸出)，0S為輸出的圖像信號(hào)，A為積分時(shí)間，B為幀圖像讀取時(shí)間。CCD按照?qǐng)Dl所示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)模式循環(huán)工作。在每個(gè)幀周期，系統(tǒng)都讀取由驅(qū)動(dòng)信號(hào)PHI移位輸出CCD的前一個(gè)幀周期形成的圖像信號(hào)，同時(shí)CCD也進(jìn)行光積分以形成下一幀圖像。從圖l可以看出，在這種工作模式下，積分時(shí)間A必須大于幀圖像讀取時(shí)間B。而幀圖像讀取時(shí)間B內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是用于移位輸出圖像信號(hào)的有效驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)數(shù)目是不變的，這就使積分時(shí)間的調(diào)節(jié)方向和范圍受到了限制。 不少的期刊文章、學(xué)位論文、專利等反映了人們對(duì)無電子快門CCD積分時(shí)間調(diào)節(jié)方法的研究。總結(jié)這些研究成果，對(duì)無電子快門CCD積分時(shí)間的調(diào)節(jié)方法不外乎以下兩種
1、保持整個(gè)工作過程中所有幀周期內(nèi)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率不變，調(diào)節(jié)幀周期內(nèi)有效驅(qū)動(dòng)信號(hào)后面的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目(即對(duì)線陣CCD，在每個(gè)周期內(nèi)有效幀圖像信號(hào)的末尾增加像素移位輸出脈沖的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目；對(duì)于幀轉(zhuǎn)移型或行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD，在每個(gè)行轉(zhuǎn)移的有效信號(hào)末尾增加空白列的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目，或者在有效幀圖像的末尾增加空白行的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目)； 2、保持所有幀周期內(nèi)圖像移位輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變(通常只設(shè)置很少的幾個(gè)空驅(qū)動(dòng)，甚至不設(shè)空驅(qū)動(dòng))，整體調(diào)節(jié)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。 為了保證系統(tǒng)有充足的讀圖時(shí)間，以及圖像信號(hào)不因輸出速度過快而受圖像通道帶寬影響造成失真，上述兩種方法中CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最高頻率都是受限制的，這種限制也就限制了積分時(shí)間可以達(dá)到的下限(該下限稱為積分時(shí)間的系統(tǒng)下限)，上述兩種方法對(duì)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)都只能是相對(duì)于該系統(tǒng)下限對(duì)積分時(shí)間作增大方向的調(diào)整。但是前述為了滿足系統(tǒng)有充足讀圖時(shí)間和圖像信號(hào)不失真的最高CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率往往不是CCD性能所允許的最高頻率，CCD性能所允許的最高驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率通常要高得多，由CCD性能所允許的最高驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率所決定的積分時(shí)間下限(該下限稱為積分時(shí)間的性能下限)也就比其系統(tǒng)下限要短得多。也就是說在這樣的CCD應(yīng)用系統(tǒng)中CCD的積分時(shí)間只能在其系統(tǒng)下限以上進(jìn)行調(diào)整，而積分時(shí)間的系統(tǒng)下限到其性能下限之間很寬的范圍，在CCD的實(shí)際工作中被浪費(fèi)了，是達(dá)不到的。因此，積分時(shí)間的系統(tǒng)下限大大限制了 CCD使用的動(dòng)態(tài)范圍，降低了 CCD對(duì)外界光的適應(yīng)能力。比如在用AVR單片機(jī)作處理器的系統(tǒng)中，AVR單片機(jī)的最高工作頻率通常是20MHz，而AVR單片機(jī)讀取一個(gè)像素信號(hào)必須要經(jīng)過啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換( 一個(gè)寫端口指令，需要3個(gè)時(shí)鐘周期)、讀像素信號(hào)的AD結(jié)果(按單字節(jié)考慮，需要2個(gè)時(shí)鐘周期)、存數(shù)據(jù)(按存儲(chǔ)器變址尋址方式存一個(gè)字節(jié)考慮，需要7個(gè)時(shí)鐘周期)等過程，這個(gè)過程至少需要的時(shí)間為(3+2+7)/20MHz = 0. 6us。若考慮AD轉(zhuǎn)換本身花費(fèi)的時(shí)間及其他程序處理環(huán)節(jié)，處理器讀取一個(gè)像素信號(hào)所用的最短時(shí)間約為lus。這說明CCD的像素移位輸出信號(hào)的頻率不能高于1/lus = lMHz，這就限制了 CCD的最短積分時(shí)間不能低于(1*像素?cái)?shù))us，這就是積分時(shí)間的系統(tǒng)下限。但對(duì)于大量CCD本身來說，1MHz遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是像素移位輸出信號(hào)的最高工作頻率，比如TCD1209/1705/2701等等CCD來說，其最高像素移位輸出信號(hào)頻率為20MHz，若按這個(gè)最高工作頻率算，CCD本身性能可達(dá)到的最短積分時(shí)間(性能下限)為(1/20MHW像素?cái)?shù)二 0.05承像素?cái)?shù)us)，和前者相差了 1/0.05 = 20倍。AVR單片機(jī)在單片機(jī)類處理器中速度算是比較高的了，若選用其他類型的單片機(jī)，則這個(gè)問題更加明顯。
在這種情況下，當(dāng)需要比系統(tǒng)下限更長(zhǎng)的積分時(shí)間時(shí)，自然可以通過增加幀周期內(nèi)像素移位輸出信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目或者降低CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率來實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)外界光更強(qiáng)，需要小于系統(tǒng)下限的積分時(shí)間時(shí)，前述兩種辦法都無能為力了，唯一辦法是進(jìn)一步提高CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。單純對(duì)于提高CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率來說，是很容易實(shí)現(xiàn)的。比如在以P麗(Pulse-Width Modulation)方式產(chǎn)生CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的系統(tǒng)中，只需將寄存器參數(shù)改小一些就可以了，并且一般都能達(dá)到十多兆赫茲以上。但在現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)方式下，繼續(xù)提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率會(huì)帶來三個(gè)問題一是要求系統(tǒng)圖像信號(hào)的模擬通道具有更寬的帶寬，否則會(huì)引起圖像信號(hào)失真；二是要求系統(tǒng)具有更快的圖像讀取速度，否則會(huì)導(dǎo)致圖像信號(hào)的丟失；三是CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率隨外界光強(qiáng)而變化導(dǎo)致系統(tǒng)讀圖速度也要發(fā)生變化，這大大增加了系統(tǒng)圖像采集的指令時(shí)序的復(fù)雜性。要解決前兩個(gè)問題都會(huì)增加系統(tǒng)硬件成本和設(shè)計(jì)難度；并且對(duì)于很多既定的系統(tǒng)來說，模擬通道帶寬和處理器讀圖速度等已經(jīng)確定，無法改變，這就導(dǎo)致問題無法解決，除非拋棄現(xiàn)有系統(tǒng)，重新構(gòu)建高端系統(tǒng)。 對(duì)于前述問題，可以總結(jié)為即便是在系統(tǒng)的圖像信號(hào)模擬通道帶寬較窄，系統(tǒng)讀圖和處理速度較慢的情況下，如何以一種不增加系統(tǒng)指令時(shí)序復(fù)雜性的簡(jiǎn)單手段，來實(shí)現(xiàn)CCD的積分時(shí)間在其極限性能范圍內(nèi)的靈活調(diào)節(jié)，從而使CCD具有最大的環(huán)境光適應(yīng)能力。從目前文獻(xiàn)資料所反映的情況看，還沒有人對(duì)這個(gè)問題的解決方案作過研究，因此這個(gè)問題的解決對(duì)于CCD的應(yīng)用具有非常實(shí)際的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要解決無電子快門CCD實(shí)際應(yīng)用中存在的前述積分時(shí)間與系統(tǒng)帶寬和處理器速度之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)CCD的積分時(shí)間在其整個(gè)性能范圍內(nèi)的靈活調(diào)節(jié)，從而使CCD發(fā)揮最大的環(huán)境光適應(yīng)能力。 本發(fā)明提出的基于交替變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的無電子快門CCD積分時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，將CCD工作時(shí)序的周期分為積分周期和讀圖周期，使CCD按" -積分周期_讀圖周期_積分周期_讀圖周期的順序交替循環(huán)進(jìn)行工作；包括以下步驟
1)根據(jù)系統(tǒng)速度和帶寬設(shè)定讀圖周期內(nèi)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，使得CCD在該頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，CCD像素信號(hào)的移位輸出速度與系統(tǒng)讀圖速度和圖像通道帶寬相適應(yīng)；同時(shí)根據(jù)圖像處理需要的時(shí)間，在讀圖周期內(nèi)設(shè)置相應(yīng)數(shù)目的空驅(qū)動(dòng)，空驅(qū)動(dòng)數(shù)目大于或等于零；在整個(gè)工作過程中所有的讀圖周期內(nèi)，保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變(即保持讀圖周期的時(shí)間長(zhǎng)度不變)； 2)在不同的積分周期內(nèi)，通過設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目或可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，使得積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度可調(diào)； 3)在讀圖周期，CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)將該讀圖周期的前一個(gè)積分周期形成的圖像移位輸出CCD，并由系統(tǒng)讀取后進(jìn)行分析處理，判斷出圖像的曝光程度；同時(shí)在該讀圖周期內(nèi)CCD也進(jìn)行光積分形成一幀圖像，該幀圖像由該讀圖周期的后一個(gè)積分周期移位輸出CCD拋棄不讀；
4)在積分周期，根據(jù)該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光程度，對(duì)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并在調(diào)節(jié)之后的積分時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行光積分形成一幀新的圖像，供后一個(gè)讀圖周期讀取；同時(shí)，該積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也將其前一個(gè)讀圖周期形成的圖像移位輸出CCD，并拋棄不讀。 在所述步驟2)中設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目可為將所有積分周期內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率固定為CCD所允許的最高頻率，而在不同積分周期內(nèi)設(shè)置的CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目根據(jù)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)進(jìn)行改變，空驅(qū)動(dòng)數(shù)目大于或等于零。
在所述步驟2)中設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率可為根據(jù)CCD的像素?cái)?shù)目將所有積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)數(shù)目設(shè)為相同的固定值，使得該驅(qū)動(dòng)數(shù)目的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能將CCD的圖像信號(hào)完整地移位輸出CCD，而不同積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率根據(jù)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)進(jìn)行改變(在CCD所允許的范圍內(nèi)改變)，同一積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率保持不變。
在所述步驟4)對(duì)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度作相應(yīng)的調(diào)節(jié)具體可包括
若該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光不足，則增長(zhǎng)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度，具體為當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目基礎(chǔ)上增加本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目；當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率基礎(chǔ)上降低本積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率； 若該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光適度，則保持本積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度不變，具體為保持本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目和驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率與前一個(gè)積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目和驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率相同； 若該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光過度，則縮短本積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度，具體為當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目時(shí)，則在
6前一個(gè)積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目基礎(chǔ)上減少本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目；當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)
設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率基礎(chǔ)上提高本積分周
期驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。 本發(fā)明的工作原理 對(duì)于無電子快門的CCD,包括無電子快門的線陣CCD,以及幀轉(zhuǎn)移(FrameTransfer)型和行間轉(zhuǎn)移(Interline Transfer)型面陣CCD,其工作過程都具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1、"光積分形成圖像"和"像素信號(hào)移位輸出"是同步進(jìn)行，而且是獨(dú)立進(jìn)行的；
2、"光積分形成的圖像"和"該圖像的移位輸出"相差一個(gè)幀周期，當(dāng)前幀讀取的圖像由前一幀光積分形成； 3、每幀由感光單元形成的圖像都必須由驅(qū)動(dòng)信號(hào)將其移位輸出到CCD片外，才能獲得下一幀新的圖像。 基于以上特點(diǎn)，在保證充分讀圖時(shí)間的前提下，要使CCD的積分時(shí)間達(dá)到其性能下限，可以采取如下措施一方面用CCD所允許最高頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)構(gòu)成短幀周期進(jìn)行光積分形成需要的圖像，用滿足系統(tǒng)讀圖速度的低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)構(gòu)成長(zhǎng)幀周期來移位輸出圖像并由系統(tǒng)讀取，即短積分，慢讀取；另一方面在長(zhǎng)幀周期光積分形成的圖像，由短幀周期用高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)移位輸出，但拋棄不讀，即長(zhǎng)積分，快拋棄。這就是當(dāng)積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用調(diào)空驅(qū)動(dòng)數(shù)目形式時(shí)，本發(fā)明的交替變頻驅(qū)動(dòng)思想。 圖2以積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)空驅(qū)動(dòng)數(shù)目時(shí)無電子快門線陣CCD的工作為例，表示了本發(fā)明的原理，其中三路信號(hào)的定義與圖l相同，CCD交替循環(huán)工作于積分周期J和讀圖周期D。圖2中YJ為積分周期J內(nèi)的有效驅(qū)動(dòng)，KJ為積分周期J內(nèi)的空驅(qū)動(dòng)，YD為讀圖周期D內(nèi)的有效驅(qū)動(dòng)，KD為讀圖周期D內(nèi)的空驅(qū)動(dòng)。有效驅(qū)動(dòng)YJ和有效驅(qū)動(dòng)YD的驅(qū)動(dòng)數(shù)目設(shè)置為相同的固定值，使得該驅(qū)動(dòng)數(shù)目的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能將CCD的圖像信號(hào)完整地移位輸出CCD。 在積分周期J， CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率為該CCD所允許的最高頻率，于是像素移位輸出脈沖信號(hào)就具有該CCD所允許的最短周期，因此在積分周期J內(nèi)，當(dāng)空驅(qū)動(dòng)KJ的數(shù)目為0時(shí)，CCD的積分時(shí)間就達(dá)到了其性能下限，即該最短的像素移位輸出信號(hào)周期與幀圖像所包含像素?cái)?shù)的乘積(即圖2中積分周期J內(nèi)有效驅(qū)動(dòng)YJ的時(shí)間長(zhǎng)度)同幀圖像轉(zhuǎn)移時(shí)間(即SH的高電平時(shí)間)之和。在積分周期J，一方面CCD進(jìn)行曝光形成需要的圖像，因此根據(jù)外界光照情況，可以以積分時(shí)間的性能下限為起點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)空驅(qū)動(dòng)KJ的驅(qū)動(dòng)數(shù)目的方式來獲得比積分時(shí)間性能下限更長(zhǎng)的任何積分時(shí)間；另一方面高頻的像素移位輸出信號(hào)將其前一個(gè)讀圖周期D形成的圖像移位輸出CCD的外部，由于系統(tǒng)處理器一般不會(huì)有這么快的讀圖速度，同時(shí)這幅圖像通常是曝光不足或過度曝光的非正常圖像，因此拋棄本周期移出CCD外部的圖像信號(hào)不讀。 在讀圖周期D， CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率是與系統(tǒng)圖像信號(hào)模擬通道的帶寬和處理器速度相適應(yīng)的較低頻率，這樣就能保證圖像信號(hào)不失真的同時(shí)，系統(tǒng)處理器能有充分的時(shí)間在有效驅(qū)動(dòng)YD內(nèi)完成圖像讀取的任務(wù)。這里讀取的圖像自然是前一幀積分周期J形成的我們需要圖像。在讀取圖像后，根據(jù)圖像處理所需要的時(shí)間，可在讀圖周期D內(nèi)設(shè)置相應(yīng)數(shù)目的空驅(qū)動(dòng)KD，并在整個(gè)工作過程中的所有讀圖周期D內(nèi)保持空驅(qū)動(dòng)KD的驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變。在讀圖周期D， CCD實(shí)質(zhì)上也進(jìn)行光積分形成了一幀圖像，但由于固定不變的讀圖周期時(shí)間長(zhǎng)度通常不是合適的積分時(shí)間，因此這幀圖像通常是曝光不合適的非正常圖像，由后一幀積分周期J的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)移出CCD拋棄。 對(duì)于線陣CCD，每個(gè)周期(包括積分周期和讀圖周期)內(nèi)只有一行圖像信號(hào)的垂直轉(zhuǎn)移和一次行信號(hào)的水平移位輸出，而對(duì)于不帶電子快門的幀轉(zhuǎn)移型和行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD，不同的只是每個(gè)周期內(nèi)包含多行圖像信號(hào)的垂直轉(zhuǎn)移和多次行信號(hào)的水平移位輸出而已，其他都是一樣的，因此這種交替變頻驅(qū)動(dòng)方法對(duì)這兩種類型面陣CCD的積分時(shí)間調(diào)節(jié)問題同樣適用。 從前面的分析可知，在積分周期，若需要比讀圖時(shí)間更短的積分周期，則可以通過設(shè)置相對(duì)少量的高頻空驅(qū)動(dòng)數(shù)目或者不設(shè)置空驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)；若需要比讀圖時(shí)間更長(zhǎng)的積分周期，則可以通過設(shè)置更多的高頻空驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 前面介紹了本發(fā)明在積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為調(diào)空驅(qū)動(dòng)數(shù)目時(shí)的工作原理。對(duì)于方便實(shí)時(shí)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的系統(tǒng)來說，比如用P麗(Pulse-Width Modulation)方式產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的系統(tǒng)，本發(fā)明方法的積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)也可設(shè)置為可調(diào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，即根據(jù)CCD的像素?cái)?shù)目將所有積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)數(shù)目設(shè)為相同的固定值，使得該驅(qū)動(dòng)數(shù)目的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能將CCD的圖像信號(hào)完整地移位輸出CCD,而通過改變積分周期內(nèi)CCD的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率來實(shí)現(xiàn)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)(讀圖周期的設(shè)置和前面一樣，不作改變)。積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率可以根據(jù)外界光照情況設(shè)定為比CCD所允許的最高頻率低的任何頻率，因此CCD可以獲得與其積分時(shí)間性能下限相等或者更長(zhǎng)的任何積分時(shí)間，同樣達(dá)到了前述效果。 前面敘述了改變積分周期內(nèi)空驅(qū)動(dòng)的數(shù)目和改變積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率兩種調(diào)節(jié)積分時(shí)間的措施，這兩種措施都是本發(fā)明所包含的內(nèi)容。本發(fā)明的關(guān)鍵不在于選用這兩種措施中的哪一種，而在于積分周期和讀圖周期的交替設(shè)置，讀圖周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率固定，而積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率與讀圖周期不同。
本發(fā)明的特點(diǎn)及效果 本發(fā)明將CCD置于積分周期和讀圖周期交替循環(huán)的工作狀態(tài)中。在積分周期內(nèi)，只需固定驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率而改變空驅(qū)動(dòng)的數(shù)目，或者固定驅(qū)動(dòng)數(shù)目而更改驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，就能突破了 CCD積分時(shí)間系統(tǒng)下限的限制，實(shí)現(xiàn)積分時(shí)間在CCD整個(gè)性能范圍內(nèi)的靈活調(diào)節(jié)。由于積分周期并不讀取圖像數(shù)據(jù)，因此當(dāng)積分周期內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用調(diào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率形式時(shí)，改變積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率不會(huì)引起系統(tǒng)讀取圖像的失真，對(duì)系統(tǒng)圖像信號(hào)模擬通道的帶寬也不會(huì)有特殊要求。由于整個(gè)工作過程中都是采用固定的圖像讀取速度，因此也沒有增加任何系統(tǒng)軟件的時(shí)序復(fù)雜性。本方法對(duì)高速處理器系統(tǒng)和低速處理器系統(tǒng)都同樣適用。使用本發(fā)明驅(qū)動(dòng)CCD,解決了在現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)方法下CCD的積分時(shí)間不能達(dá)到其性能下限的問題，使CCD獲得了最大的環(huán)境光適應(yīng)能力。


圖1是無電子快門線陣CCD的典型驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。 圖2是用本發(fā)明調(diào)節(jié)無電子快門CCD積分時(shí)間的原理圖。 圖3是線陣CCD TCD1208AP的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。
圖4是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的硬件實(shí)施例原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。 本實(shí)施例以無電子快門的線陣CCD為例子，并將積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)定為調(diào)節(jié)空驅(qū)動(dòng)數(shù)目形式。 本實(shí)施例所需硬件和軟件平臺(tái)的構(gòu)建 本實(shí)施例中CCD選擇TOSHIBA公司的TCD1208AP，其全幀像素?cái)?shù)為2212，有效像素?cái)?shù)為2160，其驅(qū)動(dòng)時(shí)序如圖3所示。從圖3可見該CCD有四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別是幀圖像轉(zhuǎn)移門控信號(hào)SH、互補(bǔ)的兩路像素移位輸出信號(hào)①1和①2、輸出緩沖器的復(fù)位信號(hào)RS，還有兩路輸出信號(hào)補(bǔ)償輸出DOS和圖像信號(hào)0S。 RS信號(hào)的工作頻率范圍是0. 3 2. 0MHz，每經(jīng)過一個(gè)RS脈沖將有一個(gè)像素信號(hào)被移位輸出CCD。圖3中T為積分時(shí)間，C為一行圖像信號(hào)的讀出時(shí)間，共讀出2212個(gè)像素信號(hào)，其中包括40個(gè)虛擬像素Xl，2160個(gè)有效像素S和12個(gè)虛擬像素X2。系統(tǒng)處理器選用AVR單片機(jī)中的ATmega64，工作頻率定為其最高頻率16MHz。 CCD的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由ATmega64的引腳產(chǎn)生，并由ATmega64的定時(shí)器控制，具體設(shè)置如下 1、SH信號(hào)用14腳(PB4/0C0)產(chǎn)生，由定時(shí)器TO控制。TO時(shí)鐘頻率設(shè)定為2MHz，工作于CTC(比較匹配時(shí)清除定時(shí)器)模式，比較匹配周期由TOP值寄存器0CR0的設(shè)定值來控制，將輸出端14腳設(shè)置于正常端口操作模式，由TO的比較匹配中斷服務(wù)程序來設(shè)定該引腳的電平狀態(tài)，以產(chǎn)生需要的SH信號(hào)。 將SH信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間設(shè)為10us，由一個(gè)TO比較匹配周期來實(shí)現(xiàn)，因此0CR0的設(shè)定值應(yīng)為0CR0 = 10 (us) X2(MHz)-l = 13(H)(減一是因?yàn)槎〞r(shí)器是從0開始計(jì)數(shù)，而不是從l開始)。SH信號(hào)的低電平時(shí)間由多個(gè)TO比較匹配周期來實(shí)現(xiàn)。程序中設(shè)置一個(gè)TO比較匹配中斷的計(jì)數(shù)變量TOCN，設(shè)積分周期中SH為低電平的時(shí)間為Tp讀圖周期中SH為低電平的時(shí)間為L(zhǎng)，并設(shè)二者均為10us的整倍數(shù)，則積分周期和讀圖周期中SH低電平時(shí)間對(duì)應(yīng)的TO比較匹配中斷次數(shù)分別為TOCN工=T乂10us， T0CNK = TK/10us。
2、RS信號(hào)用5腳(PE3/AIN1/0C3A)產(chǎn)生，由定時(shí)器T3控制。T3時(shí)鐘頻率設(shè)定為16腿z，工作于快速P麗模式，將寄存器ICR3定義為T3的TOP值，將T3通道A的比較輸出模式設(shè)置為C0M3A1:0 = 11，因此當(dāng)T3計(jì)數(shù)器的值與0CR3A寄存器發(fā)生匹配時(shí)，置5腳為高電平，當(dāng)T3計(jì)數(shù)器的值等于TOP值時(shí)置5腳為低電平。因此ICR3的設(shè)定值決定RS信號(hào)的周期，0CR3A的設(shè)定值決定RS信號(hào)的占空比。 根據(jù)CCD工作頻率范圍及系統(tǒng)讀取圖像速度，將積分周期內(nèi)RS信號(hào)頻率定為最高的2. OMHz，讀圖周期內(nèi)RS信號(hào)的頻率定位O. 32MHz，因此在積分周期和讀圖周期內(nèi)，ICR3的設(shè)定值應(yīng)分別為積分周期/0 3, —1 = 0007(//) 讀圖周期/Ci^ —1 = 003, 將RS的占空比定為1/4，因此在積分周期和讀圖周期內(nèi)，0CR3A的設(shè)定值應(yīng)分別
9為 積分周期0CR3A! = (ICR3!+1) X (1-1/4) _1 = 0005(H)
讀圖周期:0CR3AK = (ICR3K+1) X (1-1/4) _1 = 0024(H) 根據(jù)如上設(shè)置，可知在本系統(tǒng)中，幀圖像讀取時(shí)間為2212/0. 32MHz = 6912. 5us，CCD積分時(shí)間的性能下限為10+2212/2. OMHz = 1116us。為了可靠將全部像素信號(hào)移出CCD，可以在讀圖周期和積分周期的末尾少量設(shè)置幾個(gè)空驅(qū)動(dòng)，實(shí)際中將讀圖周期中SH的低電平時(shí)間TK設(shè)為7180us，于是TOCNK = TK/10us = 718。同樣可將實(shí)際積分時(shí)間的性能下限定位1140us，即需要最短積分時(shí)間時(shí)，將積分周期中SH低電平時(shí)間1\設(shè)為1140us，這時(shí)TOCN工=T乂10us = 114。若需要更長(zhǎng)的積分時(shí)間時(shí)，可將TOCN工設(shè)為大于114的任何值。
3、①1禾口①2信號(hào):分別用15腳(PB5/0C1A)和16腳(PB6/0C1B)產(chǎn)生，由定時(shí)器Tl控制。Tl時(shí)鐘頻率設(shè)定為16MHz，工作于CTC模式，將其輸出端15腳和16腳設(shè)置為比較匹配時(shí)引腳電平反向的工作模式，并將寄存器ICR1定義為Tl的TOP值，其設(shè)定值決定①1和①2的高電平和低電平的持續(xù)時(shí)間。 由于Ol和①2的頻率為RS頻率的一半，根據(jù)T1的工作模式，不管是在積分周期還是讀圖周期，寄存器ICR1的值應(yīng)當(dāng)與相應(yīng)周期內(nèi)ICR3的值相等，這樣①1和①2高低電平持續(xù)時(shí)間都恰好為RS信號(hào)的周期。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)硬件原理如圖4所示，其中U01為系統(tǒng)處理器ATmega64， U14為CCD TCD1208AP， U16為AD轉(zhuǎn)換器AD7821， T141、 T142、 U15及周圍相關(guān)電阻構(gòu)成圖像信號(hào)的模擬通道。在程序中，TO比較匹配中斷一方面控制SH信號(hào)的不斷循環(huán)產(chǎn)生，同時(shí)也控制CCD積分周期和讀圖周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的交替產(chǎn)生；T1比較匹配中斷一方面控制Ol和①2信號(hào)的不斷循環(huán)產(chǎn)生，同時(shí)也控制像素信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的循環(huán)讀取。為實(shí)現(xiàn)這樣的工作，程序中定義如下標(biāo)志位 1、 SH狀態(tài)進(jìn)程標(biāo)志SHstate :0-當(dāng)前程序應(yīng)當(dāng)進(jìn)入SH的低電平時(shí)期；1_當(dāng)前程序應(yīng)當(dāng)進(jìn)入SH的高電平時(shí)期。 2、幀周期類型標(biāo)志FrameF :0-當(dāng)前幀周期為讀圖周期；1_當(dāng)前幀周期為積分周期。 工作之前作如下的初始化設(shè)置 1、將15腳的①1信號(hào)置高電平，16腳的①2信號(hào)置低電平，使二者為反相狀態(tài)；
2、將14腳的SH信號(hào)置為低電平，5腳的RS信號(hào)置為高電平。
3、設(shè)置Tl和T3的TOP寄存器ICR1 = ICR3 = ICR3工；
4、設(shè)置T3的A通道的輸出比較寄存器0CR3A = 0CR3A工。 5、設(shè)置標(biāo)志位SHstate = 1， FrameF = l，設(shè)置TO比較匹配中斷次數(shù)TOCN = 0。
在上述初始化設(shè)置下，只開放TO比較匹配中斷，啟動(dòng)定時(shí)器T3以產(chǎn)生RS信號(hào)，并通過設(shè)置TCCRO寄存器給TO接入2MHz的時(shí)鐘信號(hào)，啟動(dòng)TO工作并等待TO比較匹配中斷。
TO比較匹配中斷服務(wù)程序執(zhí)行過程如下 IF (SHstate == 1)〃程序進(jìn)入SH的高電平時(shí)期 (斷開T1時(shí)鐘停止Ol禾P①2的產(chǎn)生，并置①1為高電平，①2為低電平； 通過正常端口操作模式置14腳的SH信號(hào)為高電平； IF(FrameF ==0) :ICR1 = ICR3K ;ELSE :ICR1 = ICR3工；
10
置SHstate = 0， T0CN = 0。 } ELSE 〃SHstate == O，程序進(jìn)入或保持SH的低電平時(shí)期 {IF(T0CN==0)〃SH低電平期間第一次產(chǎn)生TO比較匹配中斷 {暫停T3，并將RS置為低電平 IF(FrameF == 0)〃本幀為讀圖周期 {ICR3 = ICR3K ;0CR3A = 0CR3AK ;開啟Tl比較匹配中斷(讀AD) 。 } ELSE 〃FrameF = 1本幀為積分周期 {ICR3 = ICR3！ ;0CR3A = 0CR3A!;禁止Tl比較匹配中斷(不讀AD) 。 } 通過設(shè)置TCCR3B接入T3時(shí)鐘信號(hào)，使T3工作，產(chǎn)生RS信號(hào) 通過正常端口操作模式置14腳SH為低電平 通過設(shè)置TCCR1B接入Tl時(shí)鐘信號(hào)，使Tl工作，產(chǎn)生①1和①2信號(hào)。 } TO比較匹配中斷次數(shù)變量TOCN加1 ; IF ((FrameF = = 0) &&(TOCN > = TOCN》|| (FrameF = = 1) &&(TOCN > = TOCN工))
{SHstate = 1 ;TOCN = 0 ;FrameF = ! FrameF ;}〃本周期結(jié)束，標(biāo)志重置 } Tl每產(chǎn)生一次比較匹配，①1禾P①2的電平翻轉(zhuǎn)一次。若當(dāng)前是讀圖周期，Tl每
次比較匹配都產(chǎn)生中斷，并在中斷服務(wù)程序內(nèi)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，進(jìn)行像素信號(hào)的讀?。灰淮沃袛嘧x取一個(gè)像素的信號(hào)，并判斷幀圖像的讀取是否結(jié)束，如果讀取結(jié)束，則禁止Tl比較匹配中斷的產(chǎn)生，停止AD結(jié)果的讀取操作。
本發(fā)明的實(shí)施例的具體步驟如下 在前述硬件和軟件平臺(tái)下，本實(shí)施例的基于交替變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的無電子快門CCD積分時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，將CCD工作時(shí)序的周期分為積分周期和讀圖周期，使CCD按"…-積分周期_讀圖周期_積分周期_讀圖周期的順序交替循環(huán)進(jìn)行工作；
即在每個(gè)幀周期(包括積分周期和讀圖周期)結(jié)束時(shí)，由TO比較匹配中斷服務(wù)程序?qū)?biāo)志FrameF反相，從而引導(dǎo)系統(tǒng)以2. OMHz和0. 32MHz的RS信號(hào)驅(qū)動(dòng)TCD1208AP在高頻的積分周期和低頻的讀圖周期交替循環(huán)工作； 1)根據(jù)系統(tǒng)速度和帶寬設(shè)定讀圖周期內(nèi)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，使得CCD在該頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，CCD像素信號(hào)的移位輸出速度與系統(tǒng)讀圖速度和圖像通道帶寬相適應(yīng)；同時(shí)根據(jù)圖像處理需要的時(shí)間，在讀圖周期內(nèi)設(shè)置相應(yīng)數(shù)目的空驅(qū)動(dòng)，空驅(qū)動(dòng)數(shù)目大于或等于零；在整個(gè)工作過程中所有的讀圖周期內(nèi)，保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變(即保持讀圖周期的時(shí)間長(zhǎng)度不變)； 即為了使處理器ATmega64有充分的讀圖時(shí)間，在讀圖周期，通過設(shè)置ICR1 =ICR3 = ICR3K = 0031H將讀圖周期內(nèi)①1和①2的頻率設(shè)定為0. 16MHz，將RS信號(hào)的頻率設(shè)為0. 32MHz，通過設(shè)置TOCNK = 718將讀圖周期中SH的低電平時(shí)間設(shè)TK = 7180us，RS信號(hào)在讀圖周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目為(7180us-6912. 5us)*0. 32MHz = 85. 6 ; 2)在不同的積分周期內(nèi)，通過設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目或可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，使得積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度可調(diào)；
即在積分周期，通過設(shè)置ICR1 = ICR3 = ICR3工=0007H將積分周期內(nèi)①1和①2的頻率設(shè)定為TCD1208AP所允許的最高頻率lMHz，將RS信號(hào)的頻率設(shè)為TCD1208AP所允許的最高頻率2MHz，并在整個(gè)工作過程中保持不變；同時(shí)，在不同的積分周期內(nèi)，根據(jù)積分時(shí)間的需要設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目，使得積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度可調(diào)；
3)在讀圖周期，CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)將該讀圖周期的前一個(gè)積分周期形成的圖像移位輸出CCD，并由系統(tǒng)讀取后進(jìn)行分析處理，判斷出圖像的曝光程度；同時(shí)在該讀圖周期內(nèi)CCD也進(jìn)行光積分形成一幀圖像，該幀圖像由該讀圖周期的后一個(gè)積分周期移位輸出CCD拋棄不讀； 即在讀圖周期，O. 16腿z的Ol和①2信號(hào)及0. 32腿z的RS信號(hào)將前一個(gè)積分周期形成的圖像移位輸出CCD ;TO比較匹配中斷服務(wù)程序開啟Tl比較匹配中斷，并由Tl比較匹配中斷服務(wù)程序啟動(dòng)圖像信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，由ATmega64讀取該圖像信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，并判斷該圖像的曝光程度是否適度；同時(shí)，CCD也進(jìn)行光積分形成一幀新圖像，由后一積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)移位輸出。 4)在積分周期，根據(jù)該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光程度，對(duì)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并在調(diào)節(jié)之后的積分時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行光積分形成一幀新的圖像，供后一個(gè)讀圖周期讀取；同時(shí)，該積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也將其前一個(gè)讀圖周期形成的圖像移位輸出CCD，并拋棄不讀。 即在積分周期開始前，根據(jù)前一個(gè)讀圖周期所讀取圖像的曝光程度，通過調(diào)節(jié)TOCN工的值來控制本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目，從而調(diào)節(jié)本積分周期的積分時(shí)間51)若前一讀圖周期所讀圖像的曝光不足，則通過增加TOCN工的值來增加空驅(qū)動(dòng)的數(shù)目，進(jìn)而增長(zhǎng)本周期的積分時(shí)間；52)若前一讀圖周期所讀圖像的曝光適度，則保持TOCN工的值不變來控制空驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變，從而保持本積分周期的積分時(shí)間不變；53)若前一讀圖周期所讀圖像的曝光過度，則通過減小TOCN工的值來減少空驅(qū)動(dòng)的數(shù)目，進(jìn)而縮短本周期的積分時(shí)間。
在系統(tǒng)的工作過程中，積分時(shí)間的性能下限可通過設(shè)置TOCN工=114來達(dá)到，其他任何需要的積分時(shí)間可通過將TOCN工設(shè)為大于114的任何值來實(shí)現(xiàn)；同時(shí)讀圖速度為固定的O. 32兆像素/s，讀圖時(shí)間為固定的7180us，這樣便實(shí)現(xiàn)了在既不增加程序時(shí)序調(diào)度復(fù)雜性，也能保證系統(tǒng)有充分讀圖時(shí)間的前提下，方便地實(shí)現(xiàn)了 CCD積分時(shí)間在其全性能范圍內(nèi)的靈活調(diào)節(jié)，大大增強(qiáng)了 CCD對(duì)環(huán)境光的自適應(yīng)能力。 在實(shí)際應(yīng)用中，在高頻積分周期，由于輸出緩沖器的復(fù)位信號(hào)RS的頻率較高，和讀圖周期一樣的占空比有可能會(huì)使復(fù)位信號(hào)的有效電平持續(xù)時(shí)間不夠，使輸出緩沖區(qū)不能徹底復(fù)位，造成殘余光電荷在輸出緩沖器的累積，進(jìn)而引起讀圖周期所讀到圖像信號(hào)的失真。如果發(fā)生這種情況，可以增加積分周期內(nèi)RS信號(hào)復(fù)位電平的占空比，或者干脆將RS —直保持在有效的復(fù)位電平，而不用產(chǎn)生周期性脈沖。當(dāng)然也可適當(dāng)降低積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。 在本實(shí)施例中，積分時(shí)間的調(diào)節(jié)是在固定積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的條件下，通過調(diào)整TO比較匹配計(jì)數(shù)變量TOCN工的值，去增減積分周期內(nèi)像素移位輸出信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目來實(shí)現(xiàn)的。很顯然，正如"發(fā)明內(nèi)容"所述，也可在積分周期內(nèi)固定像素移位輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)數(shù)目，而通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率來實(shí)現(xiàn)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)。這只需要固定所有積分周期內(nèi)空驅(qū)動(dòng)數(shù)目，并在積分周期開始前，對(duì)ICR3、 ICR1和0CR3A的值在大于ICR3工(=0007H)和0CR3AJ = 0005H)的范圍內(nèi)作增減調(diào)節(jié)即可。 根據(jù)上述實(shí)施例，不難實(shí)現(xiàn)該發(fā)明方法在其他線陣CCD和面陣CCD中的具體實(shí)施，此處不再贅述。
權(quán)利要求
一種基于交替變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的無電子快門CCD積分時(shí)間調(diào)節(jié)方法，其特征在于，將CCD工作時(shí)序的周期分為積分周期和讀圖周期，使CCD按“…-積分周期-讀圖周期-積分周期-讀圖周期-…”的順序交替循環(huán)進(jìn)行工作；包括以下步驟1)根據(jù)系統(tǒng)速度和帶寬設(shè)定讀圖周期內(nèi)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，使得CCD在該頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，CCD像素信號(hào)的移位輸出速度與系統(tǒng)讀圖速度和圖像通道帶寬相適應(yīng)；同時(shí)根據(jù)圖像處理需要的時(shí)間，在讀圖周期內(nèi)設(shè)置相應(yīng)數(shù)目的空驅(qū)動(dòng)，空驅(qū)動(dòng)數(shù)目大于或等于零；在整個(gè)工作過程中所有的讀圖周期內(nèi)，保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變；2)在不同的積分周期內(nèi)，通過設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目或可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，使得積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度可調(diào)；3)在讀圖周期，CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)將該讀圖周期的前一個(gè)積分周期形成的圖像移位輸出CCD，并由系統(tǒng)讀取后進(jìn)行分析處理，判斷出圖像的曝光程度；同時(shí)在該讀圖周期內(nèi)CCD也進(jìn)行光積分形成一幀圖像，該幀圖像由該讀圖周期的后一個(gè)積分周期移位輸出CCD拋棄不讀；4)在積分周期，根據(jù)該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光程度，對(duì)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并在調(diào)節(jié)之后的積分時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行光積分形成一幀新的圖像，供后一個(gè)讀圖周期讀??；同時(shí)，該積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也將其前一個(gè)讀圖周期形成的圖像移位輸出CCD，并拋棄不讀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目為將所有積分周期內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率固定為CCD所允許的最高頻率，而在不同積分周期內(nèi)設(shè)置的CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目根據(jù)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)進(jìn)行改變，空驅(qū)動(dòng)數(shù)目大于或等于零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中設(shè)置可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為根據(jù)CCD的像素?cái)?shù)目將所有積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)數(shù)目設(shè)為相同的固定值，使得該驅(qū)動(dòng)數(shù)目的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能將CCD的圖像信號(hào)完整地移位輸出CCD，而不同積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率根據(jù)積分時(shí)間的調(diào)節(jié)進(jìn)行改變，同一積分周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率保持不變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)對(duì)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度作相應(yīng)的調(diào)節(jié)具體包括41) 若該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光不足，則增長(zhǎng)該積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度，具體為當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目基礎(chǔ)上增加本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目；當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率基礎(chǔ)上降低本積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率；42) 若該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光適度，則保持本積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度不變，具體為保持本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目和驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率與前一個(gè)積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目和驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率相同；43) 若該積分周期的前一個(gè)讀圖周期所判斷出的圖像曝光過度，則縮短本積分周期的積分時(shí)間長(zhǎng)度，具體為當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目基礎(chǔ)上減少本積分周期的空驅(qū)動(dòng)數(shù)目；當(dāng)積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率時(shí)，則在前一個(gè)積分周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率基礎(chǔ)上提高本積分周期驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于交替變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的無電子快門CCD積分時(shí)間調(diào)節(jié)方法，屬于CCD應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括讓CCD循環(huán)工作于讀圖周期和積分周期；將讀圖周期內(nèi)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率設(shè)定為與系統(tǒng)速度和帶寬相適應(yīng)的固定頻率，并保持其驅(qū)動(dòng)數(shù)目不變；將積分周期內(nèi)CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)定為頻率固定于CCD允許的最高頻率而空驅(qū)動(dòng)數(shù)目可調(diào)的形式，或者是驅(qū)動(dòng)數(shù)目固定而頻率可調(diào)的形式；在讀圖周期讀取圖像后判斷其曝光程度；根據(jù)該曝光程度，在后一積分周期內(nèi)，通過增減空驅(qū)動(dòng)數(shù)目或升降驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率來調(diào)節(jié)積分時(shí)間。本發(fā)明使CCD積分時(shí)間不受系統(tǒng)速度和帶寬的限制，實(shí)現(xiàn)在CCD極限性能范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)積分時(shí)間，發(fā)揮CCD最大的環(huán)境光適應(yīng)能力。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101790025SQ20101012461
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者丁天懷, 侯汝舜, 熊剛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)