專利名稱：減少多相位tdi ccd像移的時(shí)序控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時(shí)間延遲積分電荷耦合器件的時(shí)序控制方法，具體涉及一種適用 于遙感成像系統(tǒng)，可減少多相位時(shí)間延遲積分電荷耦合器件像移的時(shí)序控制方法。
背景技術(shù)：
時(shí)間延遲積分電荷耦合器件(Time Delay Integration Charge Coupled Device, TDI CCD)攝影時(shí)多行光敏元件對(duì)同一景物多次曝光，在低照度的情況下也能獲得高信噪比 的圖像，解決了小相對(duì)孔徑、長焦距相機(jī)曝光不足的問題，因此在航空、航天遙感成像領(lǐng)域 得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)際工作中多相位TDI CCD電荷轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)是離散的，且移動(dòng)速度是不均 勻的，而景物像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為連續(xù)的，由此亦產(chǎn)生了像移，降低了遙感成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量。圖1是公知四相位TDI CXD的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包含光敏像元陣列1、暗像元陣列 2、傳輸閘3、水平移位寄存器4以及電荷讀出電路5。光敏像元陣列1與暗像元陣列2電荷轉(zhuǎn)移方式相同，圖2是四相位TDI CXD垂直 方向的電荷轉(zhuǎn)移示意圖，所述垂直方向包含光敏像元陣列1和暗像元陣列2 ；第一個(gè)像元位 置為i行j列，第二個(gè)像元位置為i+Ι行j列。四相位TDI C⑶每個(gè)像元由四個(gè)相位信號(hào) CI1、CI2、CI3、CI4控制，圖3為圖2對(duì)應(yīng)的時(shí)序操作圖。在Tl周期內(nèi)，CIl為低電平，CI2、 CI3、CI4為高電平，這樣在CI2、CI3、CI4下形成一個(gè)耗盡層，電荷保持在該表面之下，CIl 成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI2、CI3、CI4之下，在T8、Tl相位變換時(shí)電子沿著硅表面 由相位CI2、CI3下的勢井完全遷移到相位CI2、CI3、CI4下的勢井；在T2周期內(nèi)，CI1、CI2 為低電平，CI3、CI4為高電平，CI3、CI4下形成一個(gè)耗盡層，電荷保持在該表面之下，CIU CI2成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI3、CI4之下，在T1、T2相位變換時(shí)電子沿著硅表面由 相位CI2、CI3、CI4下的勢井完全遷移到相位CI3、CI4下的勢井；在T3周期內(nèi)，CI2為低電 平，CI3、CI4、CI1為高電平，CI3、CI4、CI1相位下形成一個(gè)耗盡層，電荷保持在該表面之下， CI2成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI3、CI4、CIl之下，在T2、T3相位變換時(shí)電子沿著硅 表面由相位CI3、CI4下的勢井完全遷移到相位CI3、CI4、CI1下的勢井；在T4周期內(nèi)，CI2、 CI3為低電平，CI4、CIl為高電平，CI4、CIl相位下形成一個(gè)耗盡層，電荷保持在該表面之 下，CI2、CI3成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI4、CIl之下，在T3、T4相位變換時(shí)電子沿著 硅表面由相位CI3、CI4、CI1下的勢井完全遷移到相位CI4、CI1下的勢井；在T5周期內(nèi)，CI3 為低電平，CI4、CIUCI2為高電平，CI4、CIUCI2相位下形成一個(gè)耗盡層，電荷保持在該表 面之下，CI3成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI4、CIUCI2之下，在T4、T5相位變換時(shí)電子 沿著硅表面由相位CI4、CIl下的勢井完全遷移到相位CI4、CIU CI2下的勢井；在T6周期 內(nèi)，CI3、CI4為低電平，CI1、CI2為高電平，CI1、CI2相位下形成一個(gè)耗盡層，電荷保持在該 表面之下，CI3、CI4成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI1、CI2之下，在T5、T6相位變換時(shí)電 子沿著硅表面由相位CI4、CIU CI2下的勢井完全遷移到相位CI1、CI2下的勢井；在T7周 期內(nèi)，CI4為低電平，CI1、CI2、CI3為高電平，CI1、CI2、CI3相位下形成一個(gè)耗盡層，電荷保 持在該表面之下，CI4成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI1、CI2、CI3之下，在T6、T7相位變換時(shí)電子沿著硅表面由相位CI1、CI2下的勢井完全遷移到相位CI1、CI2、CI3下的勢井；在 T8周期內(nèi)，CI4、CIl為低電平，CI2、CI3為高電平，CI2、CI3相位下形成一個(gè)耗盡層，電荷 保持在該表面之下，CI4、CIl成為電勢阻擋層，使電荷維持在CI2、CI3之下，在T7、T8相位 變換時(shí)電子沿著硅表面由相位CI1、CI2、CI3下的勢井完全遷移到相位CI2、CI3下的勢井。 一個(gè)行轉(zhuǎn)移周期包含8個(gè)相位變換過程，即Tl、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，總時(shí)間為tl。按照上述電荷轉(zhuǎn)移方法，第一行光敏像元完成曝光后，將收集到的電荷轉(zhuǎn)移到第 二行中，第二行光敏像元完成曝光后，將本行采集到的電荷與第一行轉(zhuǎn)移來的電荷一并轉(zhuǎn) 移到第三行中，以此類推，直到完成N行曝光。暗像元陣列2不發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，因此在光敏 像元陣列1曝光產(chǎn)生的電荷經(jīng)過M行暗像元陣列2、傳輸閘3轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器4中， 水平移位寄存器4在CR1、CR2、CR3、CR4的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)J個(gè)電荷讀出電路5讀出。在水平移位寄存器4電荷讀出的時(shí)間段t3內(nèi)，TDI CXD行間電荷轉(zhuǎn)移需停止，如 圖3中Tl時(shí)間周期明顯長于T2 T8時(shí)間周期。一般Tl所占用的時(shí)間一般占一行電荷轉(zhuǎn) 移時(shí)間的80%以上，此時(shí)在(T1，T2)轉(zhuǎn)移周期內(nèi)產(chǎn)生的像移為0.8b，在(T3，T4)、(T5，T6)、 (Τ7，Τ8)三對(duì)轉(zhuǎn)移周期內(nèi)產(chǎn)生的像移為0.067b，這導(dǎo)致TDI C⑶曝光時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的總像移 量過大，從而降低遙感相機(jī)的成像質(zhì)量。這種像移是由TDI CXD的內(nèi)在工作方式?jīng)Q定的，不 能通過遙感相機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作方式消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有多相位TDI CCD在應(yīng)用過程中由于電荷轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)的離散性而產(chǎn) 生像移，同時(shí)降低了的成像質(zhì)量的問題，提供一種減少多相位TDI CCD像移的時(shí)序控制方法。減少多相位TDI CXD像移的時(shí)序控制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、在行轉(zhuǎn)移周期內(nèi)，光敏像元陣列與暗像元陣列采用同一行間電荷轉(zhuǎn)移信 號(hào)CI1、CI2、CI3、CI4驅(qū)動(dòng)，將一個(gè)周期的電荷轉(zhuǎn)移過程分成2η個(gè)等間隔的時(shí)間段，所述η 為TDI CCD相位數(shù)；步驟二、所述暗像元陣列的最末一行采用單獨(dú)的時(shí)序信號(hào)LCI1、LCI2、LCI3、LCI4 驅(qū)動(dòng)；暗像元陣列的最末一行在行轉(zhuǎn)移周期時(shí)間內(nèi)將電荷經(jīng)傳輸閘轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器 中；步驟三、電荷讀出電路讀出水平移位寄存器內(nèi)的電荷，實(shí)現(xiàn)減少多相位TDICXD像 移的時(shí)序控制。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明所述的TDI CXD由光敏像元陣列、暗像元陣列、傳輸 閘、水平移位寄存器與電荷讀出電路，在一個(gè)行轉(zhuǎn)移周期內(nèi)，光敏像元陣列與暗像元陣列 (去除最末一行)采用同一行間電荷轉(zhuǎn)移信號(hào)cil、CI2、CI3、CI4驅(qū)動(dòng)，一個(gè)周期的電荷轉(zhuǎn) 移過程被分成了 2η個(gè)等間隔的時(shí)間段，η為TDIC⑶相位數(shù)，經(jīng)此種時(shí)序驅(qū)動(dòng)方式光敏像元 陣列采集到的電荷被轉(zhuǎn)移到暗像元陣列的倒數(shù)第二行；所述暗像元陣列的最末一行采用單 獨(dú)的時(shí)序信號(hào)LCI1、LCI2、LCI3、LCI4驅(qū)動(dòng)；暗像元陣列的最末一行在20%行轉(zhuǎn)移周期時(shí)間 內(nèi)將電荷完全轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器中；可供水平移位寄存器電荷讀出的時(shí)間占一個(gè)行 轉(zhuǎn)移周期的80%，在此時(shí)間內(nèi)，水平移位寄存器將其中的電荷經(jīng)由電荷讀出電路讀出。如 此，控制信號(hào)傳送時(shí)序與重置時(shí)序的工作周期，在曝光時(shí)間內(nèi)，曝光時(shí)景物像點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)與TDI C⑶電荷離散轉(zhuǎn)移引起的像移最大為b/n，b為像元尺寸，這減少了多相位TDI C⑶的 由于電荷離散轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)速度不均勻引起的像移，并最終提高遙感相機(jī)的成像質(zhì)量。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過控制TDI CXD的操作時(shí)序，減少了多相位TDI CXD 曝光時(shí)景物像點(diǎn)與光敏介質(zhì)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的像移，同時(shí)也減少了曝光時(shí)景物像點(diǎn)與光 敏介質(zhì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明所述方法的景物像點(diǎn)與光敏介質(zhì)之間的最大像移減至b/n， b為像元尺寸，提高遙感相機(jī)的成像質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有四相位TDI CXD結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有四相位TDI CXD電荷轉(zhuǎn)移示意圖；圖3為現(xiàn)有四相位TDI CXD時(shí)序操作圖；圖4為本發(fā)明所述的TDI CXD結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明所述的TDI CXD電荷轉(zhuǎn)移示意圖；圖6為本發(fā)明所述的TDI CXD時(shí)序操作圖。圖中1、光敏像元陣列，2、暗像元陣列，3、傳輸閥，4、水平移位寄存器，5、電荷讀出 電路。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，減少多相位TDI C⑶像移的時(shí)序控制 方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、在行轉(zhuǎn)移周期內(nèi)，光敏像元陣列1與暗像元陣列2采用同一行間電荷轉(zhuǎn)移 信號(hào)CI1、CI2、CI3、CI4驅(qū)動(dòng)，將一個(gè)周期的電荷轉(zhuǎn)移過程分成2η個(gè)等間隔的時(shí)間段，所述 η為TDI CCD相位數(shù)；步驟二、所述暗像元陣列2的最末一行采用單獨(dú)的時(shí)序信號(hào)LCI1、LCI2、LCI3、 LCI4驅(qū)動(dòng)；暗像元陣列2的最末一行在行轉(zhuǎn)移周期時(shí)間內(nèi)將電荷經(jīng)傳輸閘3轉(zhuǎn)移到水平移 位寄存器4中；步驟三、電荷讀出電路5讀出水平移位寄存器4內(nèi)的電荷，實(shí)現(xiàn)減少多相位TDI C⑶像移的時(shí)序控制。本實(shí)施方式所述的光敏像元陣列1每個(gè)相位轉(zhuǎn)換的時(shí)間相同，所述每個(gè)電荷轉(zhuǎn)移
周期內(nèi)產(chǎn)生的像移均為&，式中b像元尺寸，所述b為正整數(shù)。
η具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖4至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式
一 所述的減少多相位TDI CCD像移的時(shí)序控制方法的實(shí)施例以四相位TDI CXD為例本發(fā)明中暗像元陣列的末階由單獨(dú)的時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)控 制，分別為LCIU LCI2、LCI3、LCI4，結(jié)合圖4，對(duì)于圖4中的N行光敏像元陣列1與M-1行 暗像元陣列2時(shí)序操作與現(xiàn)有的四相位列時(shí)序操作順序相同，即包含Tl T8共8個(gè)狀態(tài) 轉(zhuǎn)換過程，不同之處在于每個(gè)狀態(tài)的占用的時(shí)間相等，即Γ1 = Γ2 = Γ3 = Γ4 = Γ5 = Γ6 = Γ7 = Γ8 =-
8暗像元陣列2中M-I行向M行轉(zhuǎn)換及M行向水平移位寄存器4轉(zhuǎn)移，結(jié)合圖5，時(shí)序操作圖結(jié)合圖6，其中Tl周期由T1_1、T1_2、T1_3、T1_4組成。在Tl整個(gè)周期內(nèi)，暗像元 陣列2的M-I行中相位CIl為低電平，相位CI2、CI3、CI4為高電平，CI2、CI3、CI4下形成 一個(gè)耗盡層，電荷一直保持在該表面之下；對(duì)于暗像元陣列的第M行，在Tl周期內(nèi)又分為四 個(gè)時(shí)序操作，分別為Tl_l、Tl_2、Tl_3、Tl_4，在Tl_l時(shí)間段，LCIU LCI2為低電平，LCI3、 LCI4、TCK為高電平，傳輸閥3開通，在T8、T1_1相位變換時(shí)第M-I行中電子沿著硅表面由相 位CI2、CI3下的勢井完全遷移到相位CI2、CI3、CI4下的勢井，第M行中電子沿著硅表面由 相位LCI2、LCI3、LCI4下的勢井完全遷移到相位LCI3、LCI4下的勢井與水平移位寄存器4 中；在Tl_2時(shí)間段，LCI1、LCI2、LCI3為低電平，LCI4、TCK為高電平，在Tl_l、Tl_2相位變 換時(shí)電子沿著硅表面由相LCI3下的勢井完全遷移到相位LCI4下的勢井與水平移位寄存器 4中；在Tl_3時(shí)間段，LCI1、LCI2、LCI3、LCI4為低電平，TCK為高電平，在Tl_2、Tl_3相位 變換時(shí)電子沿著硅表面由相位LCI4下的勢井完全遷移到相位水平移位寄存器4中，在Tl_4 時(shí)間段，LCI1、LCI2、LCI3、LCI4、TCK為低電平，列傳輸閥關(guān)閉，第M行勢井內(nèi)存儲(chǔ)的電荷完 全轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器。在Τ2 周期內(nèi)，CIU CI2、TCK 為低電平，CI3、CI4、LCI1、LCI2、LCI3、LCI4 為高電 平，在Tl_4、Τ2相位變換時(shí)電子沿著硅表面由M-I行相位CI2下的勢井遷移到M-I行相位 CI3、CI4下的勢井與M行LCI1、LCI2、LCI3、LCI4下的勢井；在Τ3周期內(nèi)，CI2、TCK為低電 平，CI1、CI3、CI4、LCI1、LCI2、LCI3、LCI4為高電平，在Τ2、Τ3相位變換時(shí)電子沿著硅表面 由Μ-2行相位下的勢井遷移到M-I行相位CIl下勢井；在Τ4周期內(nèi)，CI2、CI3、TCK為低電 平，CI1、CI4、LCI1、LCI2、LCI3、LCI4為高電平，在T3、T4相位變換時(shí)電子沿著硅表面由M-I 行相位CI3下的勢井遷移到M-I行相位CI4下的勢井與M行LCI1、LCI2、LCI3、LCI4下的 勢井；在Τ5周期內(nèi)，CI3、TCK為低電平，CI1、CI2、CI4、LCI1、LCI2、LCI3、LCI4為高電平，在 T4、T5相位變換時(shí)電子沿著硅表面由Μ-2行相位下的勢井遷移到M-I行相位CI1、CI2下勢 井；在T6周期內(nèi)，CI3、CI4、TCK為低電平，CIU CI2、LCIU LCI2、LCI3、LCI4為高電平，在 T5、T6相位變換時(shí)電子沿著硅表面由M-I行相位CI4下的勢井遷移M行LCI1、LCI2、LCI3、 LCI4 下的勢井；在 T7 周期內(nèi)，CI4、TCK 為低電平，CI1、CI2、CI3、LCI1、LCI2、LCI3、LCI4 為 高電平，在T6、T7相位變換時(shí)電子沿著硅表面由M-I行CI1、CI2相位下的勢井遷移到M-I 行相位 CI1、CI2、CI3 下勢井；在 T8 周期內(nèi)，CI1、CI4、LCI1、TCK 為低電平，CI2、CI3、LCI2、 LCI3、LCI4為高電平，在T7、T8相位變換時(shí)電子沿著硅表面由M-I行CI1、CI2、CI3相位下 的勢井遷移到M-I行相位CI2、CI3下勢井，同時(shí)電子沿著硅表面由M行LCI1、LCI2、LCI3、 LCI4相位下的勢井遷移到M行相位LCI2、LCI3、LCI4下勢井。本實(shí)施方式所述的光敏像元陣列1每個(gè)相位轉(zhuǎn)換的時(shí)間相同，同時(shí)，每個(gè)電荷轉(zhuǎn) 移周期內(nèi)產(chǎn)生的像移均為|，且在暗像元陣列2最末一行采用單獨(dú)的時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為水 平移位寄存器預(yù)留了 80%行轉(zhuǎn)移周期時(shí)間，滿足TDI CCD電荷讀出的需求。
權(quán)利要求
1.減少多相位TDIC⑶像移的時(shí)序控制方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、在行轉(zhuǎn)移周期內(nèi)，光敏像元陣列(1)與暗像元陣列(2)采用同一行間電荷轉(zhuǎn)移信號(hào)CI1、CI2、CI3、CI4驅(qū)動(dòng)，將一個(gè)周期的電荷轉(zhuǎn)移過程分成2η個(gè)等間隔的時(shí)間段，所述 η為TDI CCD相位數(shù)；步驟二、所述暗像元陣列(2)的最末一行采用單獨(dú)的時(shí)序信號(hào)LCI1、LCI2、LCI3、LCI4 驅(qū)動(dòng)；暗像元陣列( 的最末一行在行轉(zhuǎn)移周期時(shí)間內(nèi)將電荷經(jīng)傳輸閘( 轉(zhuǎn)移到水平移 位寄存器中；步驟三、電荷讀出電路( 讀出水平移位寄存器內(nèi)的電荷，實(shí)現(xiàn)減少多相位TDI C⑶像移的時(shí)序控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少多相位TDICCD像移的時(shí)序控制方法，其特征在于，所述光敏像元陣列(1)每個(gè)相位轉(zhuǎn)換的時(shí)間相同，所述每個(gè)電荷轉(zhuǎn)移周期內(nèi)產(chǎn)生的像移均為&，η式中b為像元尺寸，所述b為正整數(shù)。
全文摘要
減少多相位TDI CCD像移的時(shí)序控制方法，涉及一種時(shí)間延遲積分電荷耦合器件的時(shí)序控制方法，現(xiàn)有多相位TDI CCD在應(yīng)用過程中由于電荷轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)的離散性而產(chǎn)生像移，同時(shí)降低了的成像質(zhì)量的問題，其方法為在行轉(zhuǎn)移周期內(nèi)，光敏像元陣列與暗像元陣列采用同一行間電荷轉(zhuǎn)移信號(hào)CI1、CI2、CI3、CI4驅(qū)動(dòng)，將一個(gè)周期的電荷轉(zhuǎn)移過程分成2n個(gè)等間隔的時(shí)間段，暗像元陣列的最末一行采用單獨(dú)的時(shí)序信號(hào)LCI1、LCI2、LCI3、LCI4驅(qū)動(dòng)；暗像元陣列的最末一行在行轉(zhuǎn)移周期時(shí)間內(nèi)將電荷經(jīng)傳輸閘轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器中，水平移位寄存器內(nèi)的電荷由電荷讀出電路讀出。本發(fā)明提高了相機(jī)的成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)H04N5/345GK102123254SQ20111009547
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者王德江 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所