[发明专利]一种超高速双帧图像获取方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种超高速图像采集方法，特别涉及一种提高ICCD相机单次采集图像帧数的方法。

背景技术

ICCD通常由像增强器、高压门控发生器和CCD相机组成。由于像增强器的高增益和高速选通特性，它主要应用于微光成像和瞬态成像领域。近年来，基于CMOS芯片的固态相机迅速发展，帧频率越来越快，有些甚至能达到百万帧每秒的速度，但是随着其帧频率的提高，百万帧每秒的情况下，其像素分辨率也显著降低到千像素量级，难以满足微秒级或者纳秒级高速图像诊断领域实验要求。而ICCD具备很高的选通速度和像素分辨率，是微秒级或者纳秒级高速图像诊断领域的一种重要设备。尤其在超高速物理现象如聚变等离子体、冲击物理学、断裂力学、放电过程等科学与工程研究中它具有广泛的应用，目前该技术已成为各国研究的热点。但是，由于其后端CCD相机采集帧频率的限制，ICCD一般一次只能采集一帧图像。这对于一些需要了解中间变化过程的快物理现象的研究，单帧图像的采集是远远不够的。目前，为了提高ICCD获取的图像数目，常用的方法是采用高度集成的数字分幅相机的形式。数字分幅相机利用光学分光系统使图像在空间上分离，各通道采用ICCD相机记录不同时刻的图像，一般情况下其通道数目决定了它可以单次采集到的图像帧数，其时间分辨率可以达到纳秒级。但是该方法不能无限制的提高，因为通道数越多，则分光量越少，同时系统越复杂。

最近一些文献报道，国外有些机构研究出来ICCD双帧采集技术，该技术可以使ICCD连续采集两幅间隔时间很短的图像。但是该方法的具体实现方式却处于保密，无法得知。我国的高速ICCD相机设计技术还处于发展阶段，与国外相比，具有较大的差距。

应用ICCD获取微秒级或者纳秒级时间间隔的两帧高分辨率图像存在技术难点在于：CCD的读出速度比较慢，其帧频率在几十帧每秒到千帧每秒之间，难以满足该种瞬时图像数据量特别大的需求。

发明内容

为了解决ICCD在高速成像模式下，单次触发只能获取一帧图像的难题，本发明提出一种超高速双帧图像获取方法。该方法首先利用像增强器实现连续两次快速选通，使CCD连续快速曝光两次，同时利用CCD的光敏区和存储区分别存储两次曝光产生的光生电荷，在完成两次曝光后，然后再使CCD连续输出两次，其读出过程可以是一个缓慢过程，独立于CCD的曝光过程，该方法解决了由于CCD像素输出缓慢而难以输出这种超大瞬时图像数据量的难题。该技术也可以广泛的应用于数字分幅系统中，用于成倍提高系统的采集帧数。

本发明的技术解决方案为：

一种超高速双帧图像获取方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1]系统处于等待门控选通信号的状态，此时，像增强器处于关闭状态，CCD处于不断清零状态，CCD光敏区不累积光生电荷；所述系统是基于行间转移型CCD设计的图像采集系统或数字分幅相机高速成像系统，其光敏区像素与垂直寄存器一一对应，并且相间排列；

2]门控选通信号到达，像增强器开启，CCD跳出清零状态，光敏区像素开始第一次曝光；

3]第一次曝光结束后，像增强器关闭，将CCD光敏区产生的光生电荷转移到垂直寄存器中，则第一次曝光的图像数据被暂时存储在垂直寄存器中；

4]光生电荷转移完成后，第二个门控选通信号到达，像增强器再次开启，使CCD光敏区像素开始第二次曝光，在CCD光敏区产生新的光生电荷；

5]像增强器再次关闭，入射光被阻断，使CCD光敏区像素停止曝光；

6]将暂存垂直寄存器中的第一帧图像数据经过水平寄存器读出，第二帧图像仍然在光敏区保持不动；

7]第一帧图像数据经过水平寄存器读出后，将CCD光敏区的光生电荷转移到垂直寄存器中，即将第二次曝光的图像数据转移到垂直寄存器中；

8]将垂直寄存器中的第二帧图像数据经过水平寄存器读出。

上述像增强器工作在瞬时重频的状态，实现连续两次超短时间间隔的快速选通；所述像增强器最短开启时间为纳秒级，两次开启之间的最短时间间隔百纳秒级。

光生电荷在第一次曝光的产生的光生电荷转移到垂直寄存器中之后，可立即进入第二次曝光。

上述系统是基于行间转移型二相或者多相CCD设计的图像采集系统。

CCD的电子清零信号只用于等待清零状态，不用于控制CCD的曝光。

CCD在完成两次曝光后，再依次输出两帧图像。

本发明所具有的有益效果：

1、该方法可以应用于ICCD系统中，也可应用于数字分幅相机等高速成像系统，成倍提高其单次采集效率。