CN101159822A - 抗晕光面阵ccd图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种抗晕光面阵CCD图像传感器，在现有传感器上增设像敏单元寻址电路和光积分时间脉冲产生电路。断开相敏区与CR_VA2、CR_VA3端子连接的每个像敏单元的栅极连线，将每个像敏单元栅极分别接到像敏单元寻址电路中数据选择器的各对应输出端；CR_VA2、CR_VA3端子的信号分两路，一路接时序脉冲信号产生电路的输入端，另一路直接作为一路光积分时间脉冲控制信号输出。通过对每个像敏单元光积分时间单独设定，解决了难于消除的强光晕光问题，并清晰显示图像。无晕光时，与现有的面阵CCD图像传感器一样工作。本发明可制成抗晕光的CCD摄像头或摄像机，电路简单，易实现，可广泛用于需要安装机器视觉装置诸如军事、交通、公安、消防等众多领域。

Description

抗晕光面阵CCD图像传感器

技术领域

本发明涉及CCD图像传感器，主要涉及面阵CCD图像传感器，具体讲就是一种新型抗晕光面阵CCD图像传感器。

背景技术

汽车夜间会车时，由于驾驶员眼睛会受对面车灯强光的刺激，此时驾驶员根本无法看清自己的行车路线，只能凭感觉和经验进行驾驶，此时所产生的这种晕光现象可能会导致严重的交通事故，从而造成车毁人亡的严重后果。

在大型的生产车间，仍然需要采用电弧焊机进行人工焊接，电弧焊机在焊接时产生的强烈弧光会对焊接操作人员的眼睛造成极大的伤害，同时由于弧光产生的晕光现象，也影响操作人员的视觉效果，从而也间接的影响了产品的焊接质量。

另外，在军事、交通、公安、消防等众多应用领域，也迫切需要解决普通CCD图像传感器的晕光问题。所以研究CCD图像传感器的抗晕光技术，具有十分重大的社会意义和经济价值。

汽车夜间行车时的景物，其光照强度分布极为特殊。图2为车灯前10cm处与光轴垂直的平面上水平位移与照度关系实际测量数据，图1为水平位移与照度关系曲线图。人们一直在寻求汽车夜间行车晕光问题的解决方法。

为消除晕光现象，各国学者均在寻求最佳解决方案。目前消除晕光现象的方法有两种：

被动夜视红外成像技术，是利用红外热像仪只对红外线敏感，而对可见光不敏感的特性，依靠目标本身发出的红外辐射实现图像采集功能。图3(a)和图3(b)均为采用红外热像仪拍摄的汽车夜间行车图片。图中刺眼的车前大灯灯光消失了，同时也分辨不出车的行驶方向了。所以采用红外成像技术其优点是可以有效消除了晕光现象，但缺点是成本高，图像质量差。

另一种是采用面阵CCD图像传感器排洪技术消除晕光。

普通CCD图像传感器由于受动态范围的限制，高亮度静止图像会出现开花现象，活动图像会出现拖彗尾现象。新型FIT式CCD在电荷存储单元旁边设置有“排洪”场效应管，适当地调整场效应管的栅极电位，可以将高亮度点的多余电荷排出存储势阱，以便消除“晕光”现象。

以普通型面阵CCD图像传感器DL32为例，如图4所示，其结构为N型表面沟道、三相三层多晶硅电极、帧转移型面阵器件。主要由像敏区、存储区、水平移位寄存器和输出电路等四部分构成，其结构是像敏区、存储区、水平移位存储器依次相连接，与水平移位存储器连接的是输出电路，输出电路又由输出栅、信号通道放大器和补偿放大器构成。DL32型面阵CCD图像传感器采用隔行扫描模式，即一帧图像由奇、偶两场组成。奇数场是CR_VA2电极为高电平，CR_VA1和CR_VA3为低电平，与CR_VA2电极连接的256×320个像敏单元处于同-光积分时间；偶数场是CR_VA3电极为高电平，CR_VA2与CR_VA1为低电平，与CR_VA3电极连接的256×320个像敏单元处于同一光积分时间。所以DL32型面阵CCD图像传感器的这种结构就决定了无法实现每个像敏单元光积分时间的单独设定。

尽管CCD传感器是目前应用最广泛的图像传感器，但当景物中明暗部分亮度相差较大时，由于受其动态范围的限制，CCD图像传感器将无法获得满意的图像。因若将CCD传感器光积分时间缩短，则图像中景物亮度较暗部分的图像将丢失；若将CCD传感器光积分时间延长，则图像中景物较亮部分将发生晕光现象。这两种情况下输出的图像信号，利用图像处理软件也是无法还原的。

因此，面阵CCD图像传感器采用排洪技术消除晕光，由于所有CCD电荷存储单元旁边设置的“排洪”场效应管栅极电位完全相同，对于汽车夜间行车时的景物，为了能得到景物中光线较暗部分的图像信息，CCD图像传感器光积分时间必然要长一些，这样势必会使CCD图像传感器上与强光对应的所有像敏单元的势阱均产生饱和溢出，排洪法排掉的正好是这些像敏单元有用的图像信息，而势阱内留下的满势阱电荷由于无法反映车灯晕光处景物的图像信息，是没有价值的。

本发明项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，再尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术或仪器存在的缺点，提供一种对每个像敏单元光积分时间单独设定，可根据其光照强度合理的设置光积分时间，这样面阵CCD图像传感器像敏单元势阱内的电荷不会因饱和而产生溢出，彻底消除晕光，并能清晰显示背景的抗晕光面阵CCD图像传感器。

下面对本发明进行详细说明

本发明是一种抗晕光面阵CCD图像传感器，其实现在于该抗晕光面阵CCD图像传感器器件结构主要由依次相连接的像敏区、存储区、水平移位存储器以及与水平移位存储器连接的输出电路构成，面阵CCD图像传感器的奇数行像敏单元栅极均连接到CR_VA2端子，面阵CCD的偶数行像敏单元栅极均连接到CR_VA3端子，CR_VA2端子、CR_VA3端子和CR_VA1端子一起作为像敏区所有像敏单元光积分时间脉冲控制信号，其特征在于：在现有CCD图像传感器基础上增设像敏单元寻址电路和光积分时间脉冲产生电路。像敏单元寻址电路主要由地址译码电路、与门电路和像敏单元光积分时间选择电路构成。像敏单元光积分时间选择电路又由数据选择器和数据锁存器组成。不晕光控制信号N-B和像敏单元地址译码信号相与后各自分别连接到光积分时间选择电路7的数据锁存器9的锁存使能端，断开相敏区奇行与CR_VA2端子相连的每个像敏单元栅极引线，也断开相敏区偶行与CR_VA3端子相连的每个像敏单元栅极引线，将各像敏单元栅极分别连接到像敏单元光积分时间选择电路7中数据选择器8的各对应输出端，数据选择输入端D0～D2与像敏单元寻址电路2中的像敏单元光积分时间选择电路7中的数据锁存器9的输入端连接。光积分时间脉冲产生电路1主要由多路分频器10和时序脉冲信号产生电路11构成，多路分频器10的输出信号按不同频率分别连接到时序脉冲信号产生电路11相应的输入端，CR_VA2端子的信号分为两路，一路连接到时序脉冲信号产生电路11的输入端，另一路直接作为一路光积分时间脉冲控制信号输出。时序脉冲信号产生电路11的输出信号，分别连接到像敏单元寻址电路2中的光积分时间选择电路7中的数据选择器9上。

像敏单元寻址电路中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据选择器的输出信号分别连接到面阵CCD的每个像敏单元的栅极。数据输入端D0～D2与像敏单元寻址电路中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据锁存器的输入端连接。因此在没有晕光时，本发明与现有的面阵CCD图像传感器一样工作，在遇晕光现象时本发明可以对面阵CCD的每一个像敏单元进行控制，实现消除晕光的目的。

本发明在现有面阵CCD图像传感器的基础上增设了像敏单元寻址电路和光积分时间脉冲产生电路，通过逻辑设计与原面阵CCD图像传感器连接，实现了彻底消除强光产生晕光的问题，益于人眼保护。

本发明的实现还在于像敏单元寻址电路的译码器，是由二-四译码器扩展电路组成，译码后像敏单元地址信号分别用Y₀、Y₁、Y₂......Y₁₆₃₈₃₉表示。可以实现163839个像敏单元地址的寻址功能。根据面阵CCD图像传感器图象分辨率的不同，可适当增加或减少输入地址线的数量。

本发明的实现还在于积分时序脉冲信号产生电路11是由三个D触发器和两个与门组成。

两者共同作用产生一个脉冲宽度等于输入方波时钟信号周期，且与CR_VA2上升沿同步的一个光积分时间脉冲信号，为实现像敏单元光积分时间可控提供基础。

本发明的实现还在于像敏单元寻址电路中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据选择器是八选一数据选择器，像敏单元寻址电路中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据锁存器是三D数据锁存器。

本发明设计了光积分时间选择电路，由数据锁存器对光积分时间选择数据进行锁存，由数据选择器选取八种光积分时间中的一种。在没有晕光时，本发明与现有的面阵CCD图像传感器一样工作，在遇晕光现象时本发明可以对面阵CCD的每一个象素单元进行控制，实现消除晕光的目的。

本发明的抗晕光原理分析：

面阵CCD光敏单元势阱中光注入电荷量的计算公式为

$Q={\mathrm{\ηqAt}}_c\frac{{\mathrm{\Φ}}_{e,\mathrm{\λ}}}{\mathrm{hv}}$

式中，η为材料的量子效率；q为电子电荷量；A为光敏单元的受光面积；hv为波长的光子能量；t_c为光积分时间；Φ_e，λ为入射光谱辐射通量。

从式中可以看出，CCD器件确定后，η、q、A及hv均为常数，光注入到势阱中的信号电荷量Q与入射光的光谱辐射通量Φ_e，λ及注入时间t_c成线性关系。由于CCD势阱中可容纳的最大信号电荷量Q是一定的，当光谱辐射通量Φ_e，λ增大时，适当缩小光积分时间t_c，就可以避免光敏单元势阱中电荷产生溢出，采集图像景物中亮度较亮部分的图像时就不会发生晕光现象；反之，当光谱辐射通量Φ_e，λ减小时，适当增大光积分时间t_c，就可以清晰地采集到图像景物中亮度较暗部分的图像。合理选择面阵CCD图像传感器每一个像敏单元的光积分时间，可以有效的消除晕光现象。

为了能够采集到景物中明暗部分的全部信息，需要面阵CCD图像传感器中每个像敏单元的光积分时间能够进行单独控制，当某个像敏单元势阱内的电荷受光照发生溢出时，适当缩短其光积分时间，就可以消除晕光。基于这种设计思想，本发明在现有CCD图像传感器基础上增加像敏单元寻址电路和光积分时间脉冲产生电路，使面阵CCD图像传感器所有像敏单元，可根据其光照强度合理的设置光积分时间，这样面阵CCD图像传感器像敏单元势阱内的电荷不会因饱和而产生溢出，从而达到彻底消除晕光目的。

本发明利用数字电路技术与微电子制造技术相结合，在现有面阵CCD图像传感器的基础上增设了像敏单元寻址电路和光积分时间脉冲产生电路，通过对每个像敏单元光积分时间单独设定，有效的解决了长期以来一直难于消除强光晕光的问题。本发明可根据其光照强度合理的设置光积分时间，这样面阵CCD图像传感器像敏单元势阱内的电荷不会因饱和而产生溢出，彻底消除晕光，并能清晰显示图象，在没有晕光时，本发明与现有的面阵CCD图像传感器一样的工作，在遇晕光现象时，本发明可以对面阵CCD的每一个像敏单元进行控制，实现消除晕光的目的。提供了一种能抗晕光面阵CCD图像传感器，电路结构简单，易于实现，成本低，本发明可以制作成具有抗晕光功能的CCD摄像头或摄像机机，广泛用于需要安装机器视觉装置的众多领域，如：汽车夜间行车的视觉仪应用、强光焊接防护罩的视觉显示应用等，在军事、交通、公安、消防等众多领域有着广泛的应用前景。

附图说明：

图1是车灯前10cm处与光轴垂直的平面上水平位移与照度关系曲线图；

图2是车灯前10cm处与光轴垂直的平面上水平位移与照度关系实际测量数据表；

图3(a)和图3(b)均是采用红外热像仪拍摄的夜间行车照片；

图4是普通型面阵CCD图像传感器DL32型结构框图；

图5是本发明的抗晕光面阵CCD图像传感器组成示意图；

图6是本发明增设部分的主要逻辑电路示意框图，也是实施例1的电路框图；

图7是本发明像敏单元寻址电路中的地址译码电路示意图；

图8是图7的译码电路功能表；

图9是本发明光积分时间脉冲信号产生电路的光积分时序脉冲产生电路图；

图10是图9电路的时序图；

图11是利用本发明实验过程所抓拍的照片，拍摄每幅照片时CCD摄相机的快门速度均有不同；其中图11(a)快门速度为1/50S；图11(b)快门速度1/100S；图11(c)快门速度1/250S；图11(d)快门速度1/500S；图11(e)快门速度1/1000S；图11(f)快门速度1/2000S；图11(g)快门速度1/4000S；图11(h)快门速度1/10000S。

图12是本发明的仿真结果照片。

具体实施方式：

实施例1：本发明是一种抗晕光面阵CCD图像传感器，其器件结构主要由依次相连接的像敏区3、存储区4、水平移位存储器5以及与水平移位存储器5连接的输出电路6构成，参见图4。输出电路6又由输出栅、信号通道放大器和补偿放大器构成。面阵CCD图像传感器的奇数行所有像敏单元栅极均连接到CR_VA2端子，面阵CCD图像传感器的偶数行所有像敏单元栅极也均连接到CR_VA3端子，在CR_VA2端子和CR_VA3端子及CR_VA1端子相互配合下实现面阵CCD图像传感器像敏单元的暴光控制。在以上现有CCD图像传感器基础上增设像敏单元寻址电路2和光积分时间脉冲产生电路1，如图5所示。像敏单元寻址电路2主要由地址译码电路、与门电路和像敏单元光积分时间选择电路7构成，像敏单元光积分时间选择电路7又由数据选择器8和数据锁存器9组成。不晕光控制信号N-B和像敏单元地址译码信号相与后各自分别连接到光积分时间选择电路7的数据锁存器9的锁存使能端G，断开相敏区奇行与CR_VA2端子相连的每个像敏单元栅极引线，也断开相敏区偶行与CR_VA3端子相连的每个像敏单元栅极引线，将各像敏单元栅极分别连接到像敏单元光积分时间选择电路7中数据选择器8的输出端，数据输入端D0～D2与像敏单元寻址电路2中的像敏单元光积分时间选择电路7中的数据锁存器9的输入端连接，数据选择输入端D0～D2完成光积分时间脉冲信号的选择。

光积分时间脉冲产生电路1主要由多路分频器10和时序脉冲信号产生电路11构成，多路分频器10的输出信号按不同频率分别连接到时序脉冲信号产生电路11相应的输入端，CR_VA2端子的信号分为两路，一路连接到时序脉冲信号产生电路11的输入端，另一路直接作为一路光积分时间脉冲控制信号输出，时序脉冲信号产生电路11的输出信号，分别连接到像敏单元寻址电路2中的光积分时间选择电路7中的数据选择器9上。

也就是说多路分频器10的输出信号分别连接到不同的时序脉冲信号产生电路11输入端，CR_VA2信号也连接到时序脉冲信号产生电路11上。时序脉冲信号产生电路11的输出信号通过数据线连接到像敏单元寻址电路2中的像敏单元光积分时间选择电路7中的数据选择器8上。八种光积分时序脉冲信号、数据选择输入D0～D2信号以及锁存器使能信号均连接到像敏单元光积分时间选择电路7上，锁存器使能信号G用来锁存数据选择信号D0～D2的数值，D0～D2的数值决定了数据选择器究竟选择八种光积分时间脉冲中的哪一种。像敏单元寻址电路2中的像敏单元光积分时间选择电路7中的数据选择器8的输出信号分别连接到面阵CCD的每个像敏单元的栅极，从而实现每个像敏单元光积分时间的设定功能。

光积分时间脉冲产生电路1的功能是产生八种光积分时间脉冲信号，像敏单元寻址电路2的功能是通过地址总线A0～A17、使能端G能够寻址到面阵CCD图像传感器的每个像敏单元，并通过数据选择输入端D0～D2可以选择八种光积分时间脉冲中的任何一种。像敏单元寻址电路2与光积分时间脉冲产生电路1两者相互配合共同完成面阵CCD图像传感器每个像敏单元光积分时间的设定功能。

为了能够采集到景物中明暗部分的全部信息，需要面阵CCD图像传感器中每个像敏单元的光积分时间能够进行单独控制，相当于为每个像敏单元设置一个电子快门。当某个像敏单元势阱内的电荷受光照发生溢出时，适当缩短其光积分时间，就可以消除晕光。

在没有晕光现象发生时，由于不晕光控制信号N-B和像敏单元地址译码信号存在相与关系，使不晕光控制信号N-B为0电平，数据选择输入端D0～D2也全为0，则各个数据选择器8的输出端均与光积分时间脉冲控制信号CR_VA2连通，奇数行所有像敏单元的光积分时间直接由CR_VA2控制，即本发明与现有的面阵CCD图像传感器具有同样的功能。当发生晕光现象时，本发明可以对面阵CCD图像传感器的每一个像敏单元的光积分时间进行单独控制，实现消除晕光的目的，如图6所示。

实施例2：总体方案同实施例1，像敏单元寻址电路2的地址译码电路是由二-四译码器扩展电路组成，参见图7，像敏单元寻址是通过地址线能够快速寻找到需要设定光积分时间的像敏单元位置。面阵CCD图像传感器选用DL32型，其像敏单元排列方式为512行×320列，共有28000H个像敏单元。像敏单元地址编排方式为：第1行、第1列像敏单元地址为00000H，第1行、第2列像敏单元地址为00001H......，第512行、第320列地址为27FFFH。像敏单元地址寻址采用与二-四译码器相同的译码方式，如图7所示。则寻址28000H个像敏单元共需18条地址线。译码后像敏单元地址分别用Y₀、Y₁、Y₂......Y₁₆₃₈₃₉表示。二-四译码器的功能表参见图8。

实施例3：总体方案同实施例1，像敏单元寻址电路2的地址译码电路是由三-八译码器扩展电路组成。

实施例4：总体方案同实施例1或实施例2，光积分时序脉冲产生电路1中的积分时序脉冲产生电路11是由三个D触发器与两个与门构成。两者共同作用产生与输入时钟信号周期相等，且与CR_VA2上升沿同步的一个脉冲信号。

光积分时间脉冲产生电路的功能是产生脉冲宽度分别为1/100S、1/250S、1/500S、1/1000S、1/2000S、1/4000S、1/10000S共7种光积分时间脉冲信号。多路分频器将1MHz的外部时钟信号变换成周期分别为1/100S、1/250S、1/500S、1/1000S、1/2000S、1/4000S、1/10000S的方波时钟信号，这七种时钟信号分别用F0～F6表示。

与CR_VA2电极相连的像敏单元，其光积分时序脉冲信号产生电路11因时钟信号周期不同分为7个。与七种时钟信号F0～F6对应的七种光积分时间脉冲信号分别用T0～T6表示。T1光积分时间时序脉冲信号产生电路工作原理如图9所示。

CR_VA2＝0，3个D触发器呈初始状态，Q1＝0、Q2＝Q3＝1。T0时刻，CR_VA2＝1，时钟信号F1上升沿到来之前，D触发器的状态保持不变。T1时刻，F1＝1，则Q1＝1，Q2＝0，Q3＝1。T2时刻，F1的第二个脉冲上升沿到来时，Q1保持不变，Q2＝1，Q3＝0，Q3通过与门封锁了D2触发器的CLK时钟信号。T3时刻，CR_VA2由1变为0。T4时刻，CR_VA2由1变为0后的第一个F1上升沿到来时，Q1＝0，封锁了P脉冲信号输出。D2触发器/Q2端输出信号T1，脉冲宽度正好是时钟信号F1的一个周期，且脉冲前沿与CR_VA2相同。上述分析的时序如图10所示。与CR_VA3电极相连的像敏单元，其光积分时间脉冲信号产生电路与CR_VA2相同。

实施例5：总体方案同实施例1或实施例2或实施例4，像敏单元寻址电路2中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据选择器是八选一数据选择器，像敏单元寻址电路中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据锁存器是三D数据锁存器。

DL32型面阵CCD采用隔行扫描模式，即一帧图像由奇、偶两场组成。奇数场是CR_VA2电极为高电平，CR_VA1和CR_VA3为低电平，与CR_VA2电极连接的256×320个像敏单元处于光积分时间；偶数场是CR_VA3电极为高电平，CR_VA2与CR_VA1为低电平，与CR_VA3电极连接的256×320像敏单元处于光积分时间。

为了能够使所有像敏单元光积分时间均可自由设置，需将原先与CR_VA2电极相连接的所有像敏单元3的电极引线断开，并将各像敏单元的栅极分别与像敏单元寻址电路2中的像敏单元光积分时间选择电路中的数据选择器的输出端子相连接。与CR_VA3电极连接的像敏单元变更方法与CR_VA2相同。

与CR_VA2电极相连接的256×320个像敏单元光积分时间设定原理如图所示6。频率为1MHz的f₀时钟信号经过多路分频器和光积分脉冲信号产生电路后，变换成7种光积分时间脉冲信号，分别用T0～T6表示。CR_VA2和T0～T6共八种光积分脉冲信号送到所有像敏单元的八选一数据选择器输入端，D0～D2为八选一数据选择器数据选择端口。

实施例6：本发明的工作过程

总体构成或同实施例1，或同实施例2，或同实施例3，或同实施例4，或同实施例5，***上电后，N-B产生一个低电平脉冲信号，通过八选一数据选择器将CCD传感器所有像敏单元的光积分时间脉冲信号均设定为CR_VA2信号。在无晕光现象发生时，与CR_VA2电极连接的256×320个像敏单元的光积分时间均由CR_VA2脉冲信号的宽度决定。

当面阵CCD图像传感器某像敏单元发生晕光现象时，通过像敏单元地址产生电路使该像敏单元地址信号Yx为低电平。Yx信号作为该像敏单元数据锁存器的使能信号，锁存新光积分时间脉冲选择信号D0～D2的数据。因此，通过像敏单元地址信号Y₀、Y₁......Yn及光积分时间脉冲选择信号D0～D2，就可以选取八种光积分时间脉冲信号中且光积分时间小于CR_VA2的任何一种作为像敏单元的光积分时间脉冲信号，从而实现像敏单元光积分时间设定功能。

实施例7：

为了验证本发明的抗晕光效果，利于已有技术进行车辆会车实验，

(1)时间为夜间；(2)甲乙两辆汽车相向停放在公路上，相距10m，均开启前大灯；(3)用三角架固定彩色CCD摄像机于甲辆汽车驾驶员眼睛位置；(4)摄像机快门速度分别设置为1/50S、1/100S、1/250S、1/500S、1/1000S、1/2000S、1/4000S、1/10000S共八级，利用视频卡并通过计算机共拍摄乙辆汽车的八幅照片。每幅照片及拍摄该幅照片时CCD摄相机的快门速度分别如图11(a)～图11(h)所示。这些图均是采用传统的面阵CCD图像传感器所获得的图片。

图11(a)～图11(h)每幅照片均有各自的优缺点，但均遵循一个共同的规律：若CCD相机快门速度值越大，CCD图像传感器光积分时间越长，照片景物中前方较远处光线较暗区域树木的树冠、道路边沿等景物的轮廓图像越清晰，乙辆车灯光处图像发生晕光现象越严重；若相机快门速度值越小，相机CCD图像传感器光积分时间越短，照片景物中前方较远处光线较暗区域树木的树冠、道路边沿等景物的轮廓图像越模糊，乙辆车灯光处图像发生晕光现象越轻。

实施例8：本发明的构成方案同实施例5，

采用本发明对实施例7所获得的照片进行仿真。夜间行车时，由于光线较暗，需将摄像机快门速度调整到最大值1/50S。当两辆汽车会车时，由于对面车灯光线较强，面阵CCD图像传感器中与乙辆车灯对应的像敏单元将发生晕光现象。本发明是当面阵CCD图像传感器某像敏单元发生晕光时，适当缩短该像敏单元光积分时间，可以消除晕光。

另外，对于发生晕光的像敏单元，将其快门速度值减小一级，即调整为1/100S；若将面阵CCD图像传感器中发生晕光的像敏单元快门速度值减小一级后，仍然有像敏单元发生晕光现象，就需要将这些晕光像敏单元的快门速度值再降低一级，直到所有像敏单元无晕光现象发生或相机光积分时间已经减小到最小值。

利用MATLAB实现这种抗晕光方法的具体操作：(1)将图11(a)中像素亮度值大于232的所有像素点的亮度值用图11(b)中对应像素点的亮度数值取代，其余像素点亮度数值保持不变，得到仿真图像P1，这步操作实际就是将晕光像敏单元的光积分时间缩短了一个光积分时间，即光积分时间从1/50S缩短到1/100S；(2)将图像P1中像素亮度大于232的所有像素点的亮度值用图11(c)中对应像素点的亮度数值取代，其余像素点亮度值保持不变，得到仿真图像P2，这步操作就是对那些经过缩短光积分时间后，仍然发生晕光的像敏单元的光积分时间再缩短一个光积分时间，即光积分时间从1/100S缩短到1/250S；这样反复执行7次，直到图像P6中像素亮度大于232的所有像素点的亮度值用图11(h)中对应像素点的亮度数值取代，其余像素点亮度值保持不变。最终得到仿真结果如图12所示。这些操作也就是将面阵CCD图像传感器中像敏单元曝光时间经过六次缩短后，仍然发生晕光的像敏单元光积分时间，用最小光积分时间脉冲控制信号1/10000S控制。

图12是根据图像景物中不同的亮度对相应像敏单元进行不同光积分时间设定完成的照片，克服了图11(a)～图11(h)图像的所有缺点，汲取了上述八幅图像中所有优点，晕光现象彻底得到消除。从图12可见：无晕光现象发生，且照片景物中前方较远处光线较暗区域可见树木的树冠、道路边沿等景物的轮廓图像清晰。

Claims (4)

1.一种抗晕光面阵CCD图像传感器，其器件结构主要由依次相连接的像敏区、存储区、水平移位存储器以及与水平移位存储器连接的输出电路构成，面阵CCD图像传感器的奇行像敏单元的栅极均连接到CR_VA2端子，偶行像敏单元栅极均连接到CR_VA3端子，CR_VA2端子、CR_VA3端子和CR_VA1端子一起作为像敏区所有像敏单元光积分时间脉冲控制信号，其特征在于：在现有CCD图像传感器基础上增设像敏单元寻址电路(2)和光积分时间脉冲产生电路(1)，像敏单元寻址电路(2)主要由地址译码电路、与门电路和像敏单元光积分时间选择电路(7)构成，像敏单元光积分时间选择电路(7)又由数据选择器(8)和数据锁存器(9)组成，不晕光控制信号N-B和像敏单元地址译码信号相与后各自分别连接到光积分时间选择电路(7)的数据锁存器(9)的锁存使能端，断开相敏区奇行与CR_VA2端子相连的每个像敏单元栅极引线，也断开相敏区偶行与CR_VA3端子相连的每个像敏单元栅极引线，将各像敏单元栅极分别连接到像敏单元光积分时间选择电路(7)中数据选择器(8)的各对应输出端，数据选择输入端D0～D2与像敏单元寻址电路(2)中的像敏单元光积分时间选择电路(7)中的数据锁存器(9)的输入端连接；光积分时间脉冲产生电路(1)主要由多路分频器(10)和时序脉冲信号产生电路(11)构成，多路分频器(10)的输出信号按不同频率分别连接到时序脉冲信号产生电路(11)相应的输入端，CR_VA2端子的信号分为两路，一路连接到时序脉冲信号产生电路(11)的输入端，另一路直接作为一路光积分时间脉冲控制信号输出，时序脉冲信号产生电路(11)的输出信号，分别连接到像敏单元寻址电路(2)中的光积分时间选择电路(7)中的数据选择器(9)上。

2.根据权利要求1所述的抗晕光面阵CCD图像传感器，其特征在于：所说的像敏单元寻址电路2的地址译码电路是基于二-四译码器的扩展电路组成，译码后像敏单元地址信号分别用Y₀、Y₁、Y₂......Y₁₆₃₈₃₉表示。

3.根据权利要求1所述的抗晕光面阵CCD图像传感器，其特征在于：所说的积分时序脉冲信号产生电路(11)是由三个D触发器和两个与门组成。

4.根据权利要求3所述的抗晕光面阵CCD图像传感器，其特征在于：所说的像敏单元寻址电路(2)中的像敏单元光积分时间选择电路(7)中的数据选择器(8)是八选一数据选择器，像敏单元寻址电路(2)中的像敏单元光积分时间选择电路(7)中的数据锁存器(9)是三D数据锁存器。

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