TC237B型CCD图像传感器的原理及应用(3)

TC237B型CCD图像传感器的原理及应用

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现图像的采集。

《国外电子元器件》２００６年第８期２００６年８月

并行传输是由ＩＡＧ１、ＩＡＧ２、ＳＲＧ、ＳＡＧ四个信号

由ＡＲＭ处理器把数字量存放到ＳＤＲＡＭ中，从而实

的一系列时钟脉冲完成的。图像感光区是二相结构的，ＩＡＧ１门连接感光区的所有奇数行像素，ＩＡＧ２门则连接了感光区的所有偶数行的像素。因此在并行传输阶段，只要同时给ＩＡＧ１门和ＩＡＧ２门发１个脉冲，奇偶行的像素同时下移１个单位，从而实现１行像素下移到存储区。这里ＩＡＧ１和ＩＡＧ２脉冲信号必须没有相位差，否则会引起电荷的叠加，使图像失

图３图像采集系统原理

真。由于存储区是单相结构，所以当１行像素下移到存储区后只需往ＳＡＧ门发送１个脉冲就可以把存储区的所有像素下移１个单位，为接收感光区的下

如上所述，ＴＣ２３７Ｂ有多种读出模式，本系统采用的是逐行扫描单通道输出模式。选用这种模式只需要对输出的ＣＣＤ信号使用１个通道的模／数转换即可，从而使得后继的信号处理变得更为简单，适合于对时间要求不特别高的场合。图４示出ＴＣ２３７Ｂ采用逐行扫描单通道输出时采集一帧图像的时序。

采集一帧图像要经过图像清除、感光、并行传输和读出４个阶段。其中，读出阶段需时最长。当需要采集时，ＡＲＭ处理器发出采集信号，告知ＣＰＬＤ采集开始。在开始新的采集前，ＴＣ２３７Ｂ先复位先前所有的状态并清除图像信息。这种清除只需把ＯＤＢ信清除完成后，号提升至２６Ｖ并维持１μｓ以上即可。进入感光期。感光时间也是曝光长度。短时间曝光会使ＣＣＤ受到较小的光子冲击，形成一幅曝光不足的低照度图像；相反，长时间曝光可形成一幅感光过度的图像。在光线很弱的场所，例如天文摄影，长时间曝光是必要的。设计者应该根据实际情况，配合光学系统，选择适当的曝光时间。

曝光时间完成后意味着光电转换已经完成，将进入并行传输阶段把电荷转移出去。

１行像素准备空间。这样，经过５００个脉冲后１帧图

像就完成了帧存储。

要注意的是，由于在并行传输期间感光区仍在感光，因此如果并行传输的频率太低，像素信号在传送到存储区的同时仍在积累电荷，从而形成带有垂直拖尾的图像。这是在帧间转移ＣＣＤ中常见的问题。为了避免拖尾效应，并行传输的时间应远小于感光时间。垂直拖尾百分比（ｒｓ）可以按下式计算：

（"#"#）$$%&’(

!"!$"##,

$)*+!!"#$%

"&’#!"#$

（"）

（(）

其中，ｔｘｆｅｒ是并行传输时间；ｔｉｎｔ是感光时间；ｎＩＡ

是图像的行数；ｆｘｆｅｒ是并行传输的频率。

本系统并行传输的频率为２．５ＭＨｚ，曝光时间选为１／６０ｓ，按照式（１）可求出垂直拖尾百分比为

０．１２５％

。

采集图像的最后１个阶段就是要把存储区的像素经过串行寄存器发送到输出端。读出期包含行传输和串行读出过程，这

２个过程均由ＳＡＧ和ＳＲＧ的时钟脉冲完成。首先在行传输期间，ＳＡＧ信号和ＳＲＧ信号先后各以１个脉冲把一行像素送到串行寄存器２中。然后，ＳＲＧ信号在６８４个时钟

脉冲驱动下把整个串行寄存器的所有像素逐一送出。如此循环５００次，一帧图像就从传感器的输出端发送出去。

整个采集时间大约１５４ｍｓ，可以满足各种场合的需要。

图４采集一帧图像的时序

ＴＣ２３７Ｂ的整个工作时（下转第２１页）

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