CN112218012A - 减小帧转移ccd时钟噪声的时序控制方法、***及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法、***及存储介质，包括设置一个细分计数器；根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置，RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟；设置行读出时钟各电平位置；根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点，ΦR为Reset清除信号；设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样；避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样。本发明通过同步调节IΦ、SΦ、RΦ、ΦR、SHP、SHD等驱动信号，减小了IΦ、SΦ、RΦ的交叠空间，避开SHP和SHD的采样位置，从而达到消除时钟噪声的目的。该方法可高效的调整CCD驱动波形，避免时钟噪声的产生。
Description
技术领域
本发明涉及CCD技术领域，具体涉及一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法、***及存储介质。
背景技术
CCD是一种用于光学成像的电耦合器件，其成像面产生的光电信号，需要使用一定数量的驱动时钟，来完成成像信号的转移和读出。这些驱动信号大部分都是高频信号，由数字逻辑驱动电路产生。在产生这些驱动信号，并转移CCD势阱内的电荷时，这些时钟的产生和驱动CCD负载相关的功率可以通过信号产生馈入输出波形。因此由于驱动时钟信号电平的变化及时钟沿位置的抖动，导致CCD输出模拟信号的变化称之为时钟噪声，时钟噪声会影响CCD图像输出质量。
现有去除时钟噪声的方法，如低通滤波法会使CCD输出信号同步失真，且时钟噪声不能完全消除；压缩SHP和SHD的脉宽法，A/D电路采样保持的不够，很难恢复出真实视频信号，而且很多CCD输出视频信号频率到几十兆赫兹，视频信号可采窗口小，受限于A/D硬件参数约束，SHP和SHD的宽度又不能太窄，两者相互矛盾，因此不是所有CCD工作模式下都能消除。
发明内容
本发明提出的一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法、***，具体涉及一种可调节的CCD驱动时序，该时序可根据CCD驱动时钟噪声产生的位置，对驱动和采样时钟进行调节，从而避开时钟噪声干扰，提高图像质量和信噪比。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法，基于CCD，用于调整CCD驱动波形，包括以下步骤：
设置一个细分计数器；
根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置，RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟；
设置RΦ1的上升沿时刻点参数为TRΦ1上，下降沿时刻点参数为TRΦ1下，设置SΦ2的上升沿时刻点参数为TRΦ2上，下降沿时刻点参数为TRΦ2下，设置RΦ3的上升沿时刻点参数为TRΦ3上，下降沿时刻点参数为TRΦ3下；根据CCD手册设置TRΦ1上和TR1下数值，确定RΦ1高电平宽度；根据RΦ1高电平宽度，设置TRΦ2上和TRΦ2下参数，确定RΦ2低电平位置，RΦ2低电平位置与RΦ1高电平位置保证有一半的交叠，同时RΦ2高电平位置根据低电平位置顺序确定；同理设置TRΦ3上和TRΦ3下参数，让RΦ2高电平位置与RΦ3的低电平位置交叠，保证有一半的交叠，同时RΦ3的高电平位置根据低电平位置顺序确定；
根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点，ΦR为Reset清除信号；
设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样；
根据CCD手册和细分计数器，设置SHP的上升沿时刻点参数为TSHP上，下降沿时刻点参数为TSHP下，设置SHD的上升沿时刻点参数为TSHD上，下降沿时刻点参数为TSHD下；
避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样。
另一方面，本发明还公开一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制***，包括以下单元：
细分计数器设置单元，用于设置一个细分计数器；
行读出时钟位置设置单元，用于根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置，RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟；
行读出时钟电平位置设置单元，用于设置RΦ1的上升沿时刻点参数为TRΦ1上，下降沿时刻点参数为TRΦ1下，设置SΦ2的上升沿时刻点参数为TRΦ2上，下降沿时刻点参数为TRΦ2下，设置RΦ3的上升沿时刻点参数为TRΦ3上，下降沿时刻点参数为TRΦ3下；根据CCD手册设置TRΦ1上和TRΦ1下数值，确定RΦ1高电平宽度；根据RΦ1高电平宽度，设置TRΦ2上和TRΦ2下参数，确定RΦ2低电平位置，RΦ2低电平位置与RΦ1高电平位置保证有一半的交叠，同时RΦ2高电平位置根据低电平位置顺序确定；同理设置TRΦ3上和TRΦ3下参数，让RΦ2高电平位置与RΦ3的低电平位置交叠，保证有一半的交叠，同时RΦ3的高电平位置根据低电平位置顺序确定；
ΦR信号确定单元，用于根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点，ΦR为Reset清除信号；
采样信号设置单元，用于设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样；SHP为前采样信号，SHD为后采样信号；
采样信号参数设置单元，用于根据CCD手册和细分计数器，设置SHP的上升沿时刻点参数为TSHP上，下降沿时刻点参数为TSHP下，设置SHD的上升沿时刻点参数为TSHD上，下降沿时刻点参数为TSHD下；
采样单元，用于避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样。
第三方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。
由上述技术方案可知，本发明的减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法，通过同步调节IΦ、SΦ、RΦ、ΦR、SHP、SHD等驱动信号，减小了IΦ、SΦ、RΦ的交叠空间，避开SHP和SHD的采样位置，从而达到消除时钟噪声的目的。该方法可高效的调整CCD驱动波形，避免时钟噪声的产生。
附图说明
图1是CCD的帧转移型CCD电荷转移示意图；
图2是CCD像元读出时序信号；
图3是夹带Clock Noise的CCD像元信号；
图4是本发明的方法流程示意图；
图5是本发明的CCD像元读出时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常CCD成像过程是把接收到的光信号转换成电信号储存在势阱内，然后通过帧转移时钟转移到存储区，再通过行读出时钟，经过A/D转换把成像信号读出到上位机，以数字图像的形式展现出来。帧转移型CCD的电荷转移过程如图1所示，其中IΦ为成像区转移时钟，SΦ为存储区转移时钟，RΦ为行读出时钟。成像区的像元完成曝光后，光生电荷在时钟IΦ的驱动下，逐行移动到电荷储存区域，电荷储存区覆盖一层遮光罩，负责存储成像区移动来的电荷，再由SΦ的作用下逐行移动到水平读出区，由水平读出时钟RΦ驱动依次移动到电荷检测区转换成电压信号。
从CCD结构原理上可得知，CCD电荷转移过程中，无论在帧转移过程还是行转移过程，都是通过IΦ、SΦ、RΦ等驱动信号的交叠，造成势垒高低的变换来推动电荷转移的。如图2所示，为CCD单个像元行读出及相关双采样的标准驱动时序细节。RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟，ΦR为Reset清除信号，CCD Signal为CCD输出的模拟信号，SHP为前采样信号，SHD为后采样信号。SHP和SHD前后采样获得的模拟信号差值即为我们需要的CCD成像视频信号。
图2中可以看出在RΦ时序交叠位置，总会对CCD视频输出信号产生干扰，称为时钟噪声(Clock Noise)。当SHP和SHD采样到干扰位置时，就会在输出信号内增加噪声，该时钟噪声在图像上通常表现为干扰条纹。时钟噪声在波形上表现为尖峰脉冲信号，在RΦ的上升或者下降沿都会存在，如图3所示，为实际CCD输出信号，可以看出在参考电位和视频信号电位都有连续的时钟噪声，时钟噪声和视频信号频率基本处于同一数量级，这样给消除时钟噪声带来很大困难。为减小时钟噪声，通常有以下几种方法。如在视频输出电路加上低通滤波去除尖峰，但视频信号和尖峰脉冲频率相近时，会导致CCD输出信号失真，尖峰滤除不彻底；或者压缩SHP和SHD的脉宽，避开采样到尖峰，但是SHP和SHD的宽度太窄，A/D电路采样保持的不够，很难恢复出真实视频信号，而且很多CCD输出视频信号频率到几十兆赫兹，视频信号可采窗口小，受限于A/D硬件参数约束，SHP和SHD的宽度又不能太窄。
因此，本发明实施例基于一种数字时序产生的方法，同步调节IΦ、SΦ、RΦ、ΦR、SHP、SHD等驱动信号，减小了IΦ、SΦ、RΦ的交叠空间，避开SHP和SHD的采样位置，从而达到消除时钟噪声的目的。
图5为CCD单个像元的读出时序图，该时序可由数字逻辑电路产生，图中主要标示了RΦ、ΦR、SHP、SHD之间的关系。其它行转移和像元读出，如IΦ、SΦ、RΦ等驱动信号的交叠，和该时序设置方法相同。
如图4所示，具体步骤如下：
1、设置一个细分计数器，图中示例设置为64分频计数器。RΦ、ΦR、SHP、SHD等需要调整的驱动时序根据该细分计数器进行跳变和交叠；
该细分计数器不局限于64分频。分频参数选择根据外部晶振频率，CCD文档中驱动脉冲宽度和交叠要求进行权衡。分频计数器太小，精度不够，不利于时序交迭调整，不利于驱动信号宽度调整；分频计数器太大，虽然调整精度很高，但调整周期太长，不利于程序设计和运行效率；
2、根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置。设置RΦ1的上升沿时刻点参数为TRΦ1上，下降沿时刻点参数为TRΦ1下，设置SΦ2的上升沿时刻点参数为TRΦ2上，下降沿时刻点参数为TRΦ2下，设置RΦ3的上升沿时刻点参数为TRΦ3上，下降沿时刻点参数为TRΦ3下；
根据CCD电荷在势阱内的转移原理，驱动信号要有高低交叠，推动电荷往外转移。根据CCD手册设置TRΦ1上和TRΦ1下数值，决定RΦ1高电平宽度；根据RΦ1高电平宽度，设置TRΦ2上和TRΦ2下参数，决定RΦ2低电平位置，RΦ2低电平位置与RΦ1高电平位置保证有一半的交叠，同时RΦ2高电平位置根据低电平位置顺序确定；同理设置TRΦ3上和TRΦ3下参数，让RΦ2高电平位置与RΦ3的低电平位置交叠，保证有一半的交叠，同时RΦ3的高电平位置根据低电平位置顺序确定。因为三项驱动时钟交叠位置是相互的，也就是说RΦ3的高电平位置也要延伸到RΦ1的低电平位置进行交叠，把电荷继续往下推，如果RΦ3的高和RΦ1的低交叠空间不够，这时微调整个驱动时钟上升下降时刻点。如图4所示，RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的高低交叠有20～24个脉冲宽度；
3、根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点；
4、CCD输出如图4所示的CCD Signal信号，设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样。
5、根据CCD手册和细分计数器，设置SHP的上升沿时刻点参数为TSHP上，下降沿时刻点参数为TSHP下，设置SHD的上升沿时刻点参数为TSHD上，下降沿时刻点参数为TSHD下；
6、参考图4，避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样；
以上数字时序的发生，可在FPGA等数字逻辑器件内产生，同时该数字逻辑包含通信接口，RΦ、ΦR、SHP、SHD的所有T时刻参数调整可通过上位机以参数的形式发送到该数字逻辑内，以便于高效调整交叠时序；
综上所述，本发明实施例的通过设置一种可调节的CCD驱动时序，该时序可根据CCD驱动时钟噪声产生的位置，对驱动和采样时钟进行调节，从而避开时钟噪声干扰，提高图像质量和信噪比。
另一方面，本发明还公开一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制***，包括以下单元：
细分计数器设置单元，用于设置一个细分计数器；
行读出时钟位置设置单元，用于根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置，RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟；
行读出时钟电平位置设置单元，用于设置RΦ1的上升沿时刻点参数为TRΦ1上，下降沿时刻点参数为TRΦ1下，设置SΦ2的上升沿时刻点参数为TRΦ2上，下降沿时刻点参数为TRΦ2下，设置RΦ3的上升沿时刻点参数为TRΦ3上，下降沿时刻点参数为TRΦ3下；根据CCD手册设置TRΦ1上和TRΦ1下数值，确定RΦ1高电平宽度；根据RΦ1高电平宽度，设置TRΦ2上和TRΦ2下参数，确定RΦ2低电平位置，RΦ2低电平位置与RΦ1高电平位置保证有一半的交叠，同时RΦ2高电平位置根据低电平位置顺序确定；同理设置TRΦ3上和TRΦ3下参数，让RΦ2高电平位置与RΦ3的低电平位置交叠，保证有一半的交叠，同时RΦ3的高电平位置根据低电平位置顺序确定；
ΦR信号确定单元，用于根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点，ΦR为Reset清除信号；
采样信号设置单元，用于设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样；SHP为前采样信号，SHD为后采样信号；
采样信号参数设置单元，用于根据CCD手册和细分计数器，设置SHP的上升沿时刻点参数为TSHP上，下降沿时刻点参数为TSHP下，设置SHD的上升沿时刻点参数为TSHD上，下降沿时刻点参数为TSHD下；
采样单元，用于避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样。
第三方面，还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。
可理解的是，本发明实施例提供的***与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法，基于CCD，用于调整CCD驱动波形，其特征在于，包括以下步骤：
设置一个细分计数器；
根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置，RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟；
设置RΦ1的上升沿时刻点参数为TRΦ1上，下降沿时刻点参数为TRΦ1下，设置SΦ2的上升沿时刻点参数为TRΦ2上，下降沿时刻点参数为TRΦ2下，设置RΦ3的上升沿时刻点参数为TRΦ3上，下降沿时刻点参数为TRΦ3下；根据CCD手册设置TRΦ1上和TRΦ1下数值，确定RΦ1高电平宽度；根据RΦ1高电平宽度，设置TRΦ2上和TRΦ2下参数，确定RΦ2低电平位置，RΦ2低电平位置与RΦ1高电平位置保证有一半的交叠，同时RΦ2高电平位置根据低电平位置顺序确定；同理设置TRΦ3上和TRΦ3下参数，让RΦ2高电平位置与RΦ3的低电平位置交叠，保证有一半的交叠，同时RΦ3的高电平位置根据低电平位置顺序确定；
根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点，ΦR为Reset清除信号；
设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样；
根据CCD手册和细分计数器，设置SHP的上升沿时刻点参数为TSHP上，下降沿时刻点参数为TSHP下，设置SHD的上升沿时刻点参数为TSHD上，下降沿时刻点参数为TSHD下；
避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样。
2.根据权利要求1所述的一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制方法，其特征在于：所述细分计数器的分频范围16-256。
3.一种减小帧转移CCD时钟噪声的时序控制***，其特征在于：包括以下单元：
细分计数器设置单元，用于设置一个细分计数器；
行读出时钟位置设置单元，用于根据细分计数器，先调整RΦ1、RΦ2、RΦ3之间的相对位置，RΦ1、RΦ2、RΦ3为行读出时钟；
行读出时钟电平位置设置单元，用于设置RΦ1的上升沿时刻点参数为TRΦ1上，下降沿时刻点参数为TRΦ1下，设置SΦ2的上升沿时刻点参数为TRΦ2上，下降沿时刻点参数为TRΦ2下，设置RΦ3的上升沿时刻点参数为TRΦ3上，下降沿时刻点参数为TRΦ3下；根据CCD手册设置TRΦ1上和TRΦ1下数值，确定RΦ1高电平宽度；根据RΦ1高电平宽度，设置TRΦ2上和TRΦ2下参数，确定RΦ2低电平位置，RΦ2低电平位置与RΦ1高电平位置保证有一半的交叠，同时RΦ2高电平位置根据低电平位置顺序确定；同理设置TRΦ3上和TRΦ3下参数，让RΦ2高电平位置与RΦ3的低电平位置交叠，保证有一半的交叠，同时RΦ3的高电平位置根据低电平位置顺序确定；
ΦR信号确定单元，用于根据CCD手册和细分计数器，设置ΦR高电平宽度，ΦR的下降沿位置取在RΦ3的上升沿TRΦ3上时刻点，ΦR为Reset清除信号；
采样信号设置单元，用于设置SHP、SHD分别于参考电平位置和信号电平位置的后端，以保证信号的平稳采样；SHP为前采样信号，SHD为后采样信号；
采样信号参数设置单元，用于根据CCD手册和细分计数器，设置SHP的上升沿时刻点参数为TSHP上，下降沿时刻点参数为TSHP下，设置SHD的上升沿时刻点参数为TSHD上，下降沿时刻点参数为TSHD下；
采样单元，用于避开RΦ1、RΦ2、RΦ3所有沿位置进行采样。
4.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1或2所述方法的步骤。
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| CN112218012B (zh) | 2022-07-05 |
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