[发明专利]基于行间转移CCD的电子相移补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空成像领域的一种相移补偿方法。

背景技术

当成像于传感器表面的图像在曝光时间内有位移时，图像会出现拖影，影响成像质量。而对于航拍时，飞机以固定速度飞行，成像于摄像装置传感器表面的图像会产生相对位移。针对此种情况，需要进行相移补偿，从而消除传感器的成像区域与需要拍摄的图像目标之间的相对位移。

常用的相移补偿为机械补偿，在曝光时间内让传感器的位移速度与拍摄目标的位移速度相匹配(速度一致)；此种补偿方式整机体积大、结构复杂、电子学设计也相对复杂。

目前，电子相移补偿多采用全帧CCD设计的，全帧CCD设计相移补偿有帧频低、价格高、结构复杂、功耗高等特点，在设计使用时有着诸多限制。

发明内容

本发明对航空视觉成像领域存在的相移问题经过了深入研究，从电子学设计出发，提出一种新的相移补偿方法，克服了传统相移补偿方案存在的整机体积大、结构和电子学设计复杂等问题。

本发明的方案如下：

基于行间转移CCD的电子相移补偿方法，利用行间转移CCD功能，包括以下步骤：

步骤一：目标经光学系统在CCD表面成像，“影像”以v_target运动；

步骤二：将CCD每个像素的成像区的“影像”转移到相应的转移区；所述目标对应成像在CCD任一像素的内容记为A，此时像素成像区以及转移区的信号记为A1；

步骤三：当目标A运动到两个像素的交界处时，对成像区内的所有像素进行“清零”，即对所有像素的光电子进行复位；

步骤四：当目标A运动到两个像素的交界处时，还同时将所有像素的成像区以及转移区图像沿垂直方向下移一行；

步骤五：由于步骤三对成像区域进行了“清零”，因此当前在含有A1信号的像素的成像区内成像的目标还是A，此刻再对图像进行转移，在该像素内的电荷包能量为A1+A2，成像目标还是A，因此没有相对运动；

以此类推，在曝光时间内，最终累计到目标电荷为A＝A1+A2+…+An；其中：n为累加次数；

假设像元尺寸为P；

曝光时间为：

对于以上方案，通常最长曝光时间小于每帧的转移时间。

实现所述行间转移CCD功能的芯片通常要求最高频率工作在4通道模式、54M Hz时钟。

本发明优选SONY公司的ICX694芯片实现所述行间转移CCD功能。

本发明的技术效果如下：

利用行间转移(interline)CCD功能，让CCD传感器的成像区域随着拍摄目标运动，从而实现在曝光时间内拍摄目标与成像区域进行匹配。与机械补偿方法相比，本发明简化了航空视觉成像系统的设计，有效提高了产品可靠性和相移补偿精度，降低了产品功耗、体积等。

本发明还具有帧频高、成本低、使用灵活、硬件实现结构简单等特点。

附图说明

图1为CCD单个像素的实际设定结构。

图2为目标与传感器对应示意图。

图3为步骤一影像成像的示意图。

图4为步骤二“影像”读出的示意图。

图5为步骤三“影像”清零的示意图。

图6为步骤四“影像”转移的示意图。

图7为步骤五“影像”叠加的示意图。

图8为整个电子相移补偿过程的流程图。

图9为ICX694框图。

图10为曝光区域示意图。

图11为转移区域示意图。

图12为转移流程图。

图13为速度对应图。

图14为参数匹配图。

具体实施方式

一、行间转移CCD功能模型及工作原理

CCD全称为电荷耦合器件(Charge Coupled Device)，有关介绍该器件的文献有很多，往往从理论角度出发介绍其工作原理；而对于实际应用，真正有意义的是“怎么用”。

本发明主要将CCD理解为通道。如图1所示，CCD在成像区收集电荷，转移到转移区，在通过垂直转移(通道)、水平转移(通道)将CCD像素输出。

电子快门：清除成像区的有效电荷；

读出操作：将成像区的有效电荷转移到转移区域；

V驱动：将垂直转移区的电荷向下一行转移；

H驱动：将水平转移区的电荷向外输出。

二、本发明利用行间转移CCD功能实现电子相移补偿的原理