DE102008024417B3 - TDI-Zeilendetektor und Detektoranordnung unter Verwendung von TDI-Zeilendetektoren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen TDI-Zeilendetektor (2), umfassend n TDI-Zeilen, wobei jede TDI-Zeile m Pixel aufweist, wobei mindestens einer äußeren Zeile eine Ausleseregister-Einheit zugeordnet ist, wobei jedem Pixel (P) der ersten und/oder n-ten Zeile ein eigenes Register (R) zugeordnet ist, wobei zwischen zwei Pixeln (P) jeder Zeile (Z1-Z3) eine Maskierung (M) vorgesehen ist, wobei die Maskierung (M) eine Breite (Mb) von einem Pixel (Pb) oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Pixels (Pb) aufweist, wobei die Register (R) der Pixel (P) entsprechend der Breite (Mb) der Maskierungen (M) verbreitert sind, sowie eine Detektoranordnung (1) unter Verwendung derartiger TDI-Zeilendetektoren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen TDI-Zeilendetektor und eine Detektoranordnung unter Verwendung von TDI-Zeilendetektoren.
  • Insbesondere auf dem Gebiet der Erdbeobachtung sind verschiedene Verfahren und Sensoren bekannt, die mit Hilfe verschiedener Sensoren (Zeilen oder Matrizen) aus dem Orbit die Erde abtasten. Mit Hilfe verschiedener Technologien wird versucht, die Auflösung des Instrumentes sowohl spektral als auch geometrisch zu maximieren. Beispiele für derartige Technologien sind Sensorarchitekturen mit TDI-Zeilendetektoren oder bewegungskompensierte Matrix- und/oder Zeilendetektoren. Der Nachteil derartiger Technologien liegt in dem Problem der Auslesegeschwindigkeit und der damit verbundenen zu geringen Lastkapazität des Ausleseregisters, größere Anzahlen von Elektronen zu transportieren. Daher sind derartige Ansätze bisher auf Auflösungen von ca. 0,4 m GSD (Ground Sample Distance) beschränkt, welche mit Hilfe von SMC-Steuerungen des Satelliten erhöht werden können, die allerdings ein erhöhtes Jitter des Satelliten mit sich bringt.
  • Aus "Theuwissen, Albert J. P.: Solid-State Imaging with Charge-Coupled Devices. Reprinted with corrections 1996. ISBN 0-7923-3456-6. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Academic Publishers, 1996. Chapter 4: Solid-State Imaging at a Glance, pp. 109–130; Chapter 9: Advanced Imaging: Device Architectures, pp. 247–278" und "Burke, Michael W.: Image Acquisition. Handbook of Machine Vision Engineering, Volume 1. First Edition. London; Weinheim; New York: Chapman & Hall, 1996. Chapter 5: Image Sensor Basics, Abschnitt 5.3.6: Storage/architectures, pp. 604–626." sind verschiedene Aufbauten bekannter Zeilen- und Flächen-Halbleiter-Bildsensoren bekannt, die unterschiedlich gestaltete Maskierungen für die Transportregister offenbaren. Des Weiteren werden TDI-Zeilendetektoren erläutert.
  • Aus der GB 2 302 472 A ist ein luftfahrzeuggestütztes bildgebendes System mit einem CCD-Matrix-Sensor bekannt, wobei jeweils abwechselnd zwischen zwei vertikalen photosensitiven Pixel-Reihen eine Pixel-Reihe maskiert ist. Durch eine horizontale und vertikale Taktung kann dabei ein einen TDI-Sensor ähnliches Abtastprinzip erreicht werden.
  • Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen TDI-Zeilendetektor sowie eine Detektoranordnung unter Verwendung von TDI-Detektoren zu schaffen, mittels derer die Lastkapazität der Ausleseregister erhöht werden kann.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst der TDI-Zeilendetektor n TDI-Zeilen, wobei jede TDI-Zeile m Pixel aufweist, wobei mindestens einer äußeren TDI-Zeile eine Ausleseregister-Einheit zugeordnet ist, wobei jedem Pixel der ersten und/oder n-ten Zeile ein eigenes Register zugeordnet ist, wobei zwischen zwei Pixeln jeder Zeile eine Maskierung vorgesehen ist, wobei die Maskierung eine Breite von einem Pixel oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Pixels aufweist, wobei die Register der Pixel entsprechend der Breite der Maskierung verbreitert sind. Hierdurch kann die Lastkapazität der Register entsprechend vergrößert werden. Andererseits kann die Auslesegeschwindigkeit der einzelnen Zeile reduziert werden. Dies wird allerdings durch einen Informationsverlust erkauft, der aber durch eine Detektoranordnung mit mindestens zwei solcher TDI-Zeilendetektoren kompensiert werden kann. Ein weiterer Vorteil des TDI-Zeilendetektors ist, dass das Übersprechen von einem Pixel zum benachbarten Pixel durch Diffusionseffekte ausgeschlossen wird, was wiederum zu einer Verbesserung der MTF führt. Vorzugsweise ist die Ausleseregister-Einheit als Schieberegister ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Detektoranordnung umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße TDI-Zeilendetektoren, wobei die TDI-Zeilendetektoren in Querrichtung um eine Pixelbreite jeweils versetzt zueinander angeordnet sind und in Längsrichtung jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches einer Pixellänge zueinander versetzt angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass die durch einen TDI-Zeilendetektor verlorene Information durch die nachfolgenden TDI-Zeilendetektoren geliefert wird. Dabei sind die TDI-Zeilendetektoren vorzugsweise miteinander synchronisiert, so dass die Bildstreifen sich einfach zu einem vollständigen Bild zusammensetzen lassen. Die Längsrichtung ist dabei die Richtung der Akkumulation.
  • Weiter vorzugsweise beträgt die Breite der Markierungen X-1 Pixelbreiten, wobei X gleich die Anzahl der TDI-Zeilendetektoren ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
  • 1 eine schematische Detektoranordnung mit zwei TDI-Zeilendetektoren und
  • 2 eine schematische Detektoranordnung mit vier TDI-Zeilendetektoren.
  • Die Detektoranordnung 1 gemäß 1 umfasst zwei TDI-Zeilendetektoren 2. Im dargestellten Beispiel umfasst jeder TDI-Zeilendetektor 2 drei Zeilen Z1–Z3 mit jeweils fünf Pixeln P. Es versteht sich, dass in der Praxis die Anzahl der Zeilen und Pixel üblicherweise ein Vielfaches größer ist. Zwischen zwei Pixeln P einer Zeile Z1–Z3 ist eine Maskierung M angeordnet, die sich über alle Zeilen Z1–Z3 erstreckt. Die Breite Mb der Maskierung beträgt dabei eine Pixelbreite Pb. Die Akkumulationsrichtung des TDI-Zeilendetektors 2 ist mit V gekennzeichnet, die bei einem Einsatz in einem Flugzeug oder Satelliten der Flugrichtung entsprechen würde. Unterhalb der letzten Zeile Z3 sind Register R für die Pixel P angeordnet, wobei sich die Fläche des Registers R bis unter die benachbarte Maskierung M erstreckt, so dass die Fläche für das jeweilige Register R verdoppelt wird. Entsprechend kann die Lastkapazität des jeweiligen Registers R verdoppelt werden. Alle Register R eines TDI-Zeilendetektors 2 bilden die Ausleseregister-Einheit, wobei die Register R vorzugsweise ein Schieberegister bilden, das in Richtung A ausgelesen wird. Der zweite TDI-Zeilendetektor 2 ist gegenüber dem ersten TDI-Zeilendetektor 2 um eine Pixelbreite Pb nach rechts verschoben, wobei der Abstand d der beiden TDI-Zeilendetektoren (gemessen von Pixelmittelpunkt zu Pixelmittelpunkt) eine ganzzahlige Anzahl von Pixellängen Pl beträgt. Der Abstand d wird dabei vorzugsweise möglichst klein gewählt. Die beiden TDI-Zeilendetektoren 2 werden dabei synchronisiert angesteuert. Überfliegt nun die Detektoranordnung 1 eine Szene, so nimmt der erste TDI-Zeilendetektor 2 im Bereich der Maskierung M nichts auf, so dass das gewonnene Bild an diesen Stellen schwarze Streifen aufweist. Allerdings werden genau diese fehlenden Streifen durch den zweiten TDI-Zeilendetektor 2 aufgenommen. Dies erfolgt zwar zu einem etwas späteren Zeitpunkt, aber synchronisiert zum ersten TDI-Zeilendetektor 2. Aus den beiden Bildern wird das resultierende Gesamtbild zusammengesetzt werden, wobei eine eindeutige Zuordnung existiert. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Lastkapazität der Register erhöht und die Auslesegeschwindigkeit halbiert werden kann und dies bei gleichbleibender Auflösung. Sind die beiden TDI-Zeilendetektoren 2 exakt zueinander positioniert, so können die beiden Teilbilder einfach zusammengefügt werden.
  • In der 2 ist eine Detektoranordnung 1 mit vier TDI-Detektorzeilen 2 dargestellt, wobei bezüglich der grundsätzlichen Wirkungsweise auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen werden kann. Der Unterschied besteht darin, dass die Maskierung M drei Pixelbreiten Pb beträgt und sich daher der Platz für ein Register R im Vergleich zu 1 noch einmal verdoppelt hat. Entsprechend kann auch die Auslesegeschwindigkeit der Register R weiter reduziert werden. Aus Übersichtsgründen wurden die TDI-Zeilendetektoren 2 dabei nur mit zwei Zeilen und drei Pixeln P pro Zeile dargestellt.

Claims (6)

  1. TDI-Zeilendetektor, umfassend n TDI-Zeilen, wobei jede TDI-Zeile m Pixel aufweist, wobei mindestens einer äußeren Zeile eine Ausleseregister-Einheit zugeordnet ist, wobei jedem Pixel der ersten und/oder n-ten Zeile ein eigenes Register zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Pixeln (P) jeder Zeile (Z1–Z3) eine Maskierung (M) vorgesehen ist, wobei die Maskierung (M) eine Breite (Mb) von einem Pixel (Pb) oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Pixels (Pb) aufweist, wobei die Register (R) der Pixel (P) entsprechend der Breite (Mb) der Maskierungen (M) verbreitert sind.
  2. TDI-Zeilendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseregister-Einheit als Schieberegister ausgebildet ist.
  3. Detektoranordnung, umfassend mindestens zwei TDI-Zeilendetektoren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die TDI-Zeilendetektoren (2) in Querrichtung um eine Pixelbreite (Pb) jeweils versetzt zueinander angeordnet sind und in Längsrichtung jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches einer Pixellänge (Pl) zueinander versetzt angeordnet sind.
  4. Detektoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (Mb) der Maskierung (M) X-1 Pixelbreiten (Pb) beträgt, wobei X gleich die Anzahl der TDI-Zeilendetektoren (2) ist.
  5. Detektoranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die TDI-Zeilendetektoren (2) miteinander synchronisiert sind.
  6. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung (1) monolithisch ausgebildet ist.
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