1、大面陣CCD成像系統關鍵技術 進入 21 世紀以來，我國的科技發展速度不斷加快，推動了 CCD成像系統的發展。對此，文章通過下文對大面陣 CCD成像系 統關鍵技術進行了闡述， 進而有關單位及工作人員提供一定的借 鑒作用。 一、大面陣CCDT作原理 電荷耦合器件是CCD的全稱，CCD器件工作過程包括光電轉 換、電荷存儲、電荷轉移、電荷檢測四個步驟。其中光電轉換與 電荷存儲是在光電二極管內進行， 電荷轉移是在垂直 CCD與水平 CCD進行，電荷的檢測是在 FD放大器進行的。 大面陣CCD按電荷轉移的方式可以分成全幀型面陣 CCD幀 轉移型面陣CCD行間轉移面陣CCD幾種類型。無論哪種結構的 CCD

2、都是遵循上述的四個步驟對進行光電轉換， 完成成像功能。 其中幀轉移型面陣CCD最早應用在面陣成像中，但是幀轉移面陣 CCD容易產生圖像的拖影和漏光，尤其不適用在高速航空拍攝環 境。全幀型面陣CCD具有感光面積大，動態范圍大的優勢，但是 成像過程需要結合機械快門才能完成成像功能。 因此， 目前的航 空偵察多采用行間轉移型的面陣 CCD乍為成像器件，它具有轉移 效率高，具有電子快門功能的特點，是最適合動態成像的面陣 CCD。 二、關鍵技術分析 1大面陣CCD驅區動技術 隨著CCD吉構的逐漸復雜和像元數量的不斷增加，很多廠家 開發了用于CCD1動的功率驅動芯片和時序產生芯片。 例如飛利 浦公司開發的

3、功率驅動芯片 TDA9991和時序發生芯片SAA8103 通過時序發生芯片和功率驅動芯片的組合， 可以滿足特定型號的 大面陣CCD功率驅動和時序驅動的需求。 專用芯片是有一定針對型的，對于各個CCD器件不同的特 性，需要采用不同的驅動電路對其進行驅動， 因此本文提出一種 基于電荷泵原理的通用型水平轉移驅動電路。該驅動電路以 in tersil 公司推出的功率驅動器 EL7158作為驅動單元，利用電 容兩端壓差不能突變的原理， 利用高速開關二極管導通截止， 設 計滿足CCD水平信號需要的鉗位電平，完成高速水平驅動信號的 設計。該電路圖如圖1所示，可以達到最快40MHZ的水平轉移速 率，壓差滿足1

4、6V,容性負載最大2200pf的設計指標，滿足絕 大多數面陣CCC的驅動需求。 其次，設計垂直轉移驅動。只有低信號存在于垂直驅動中， 速度都小于25kHz，其中根據EL715X的要求對電壓擺幅和 XG的 負載進行確定，為了將電路板的面積降低下來，在對XG信號進 行驅動時，可以對 EL716進行使用。不但XG由于電壓范圍的 問題，全部的垂直轉移驅動都應該將離散電路搭建起來。 和水平 轉移驅動進行比較有著一定的差異， 有更大的電容負載會存在于 垂直轉移驅動中， 為了能夠使更好的邊沿特性會存在于驅動信號 中，對H1L用MOS進行取代，也因為有持續電流輸出會存在于后 者中。在將像素信號在水平轉移信號中

5、移除出來的時候， 應該在 電平狀態中對縱向驅動信號進行保持， 在用半波整流二極管和隔 直電容對離散驅動電路進行搭建的時候， 這樣就會有交流的變化 長時間的出現在輸入的信號中，這樣就會在截止的狀態存在著 管，因此，不動態為驅動輸出的主要形式，所以，在設計離散線 路的時候， 一定要確保脈沖輸入在很長時間內沒有出現的狀態下 將低電平輸出來。 2、多路視頻AD設計技術 視頻信號處理既要滿足寬頻帶的指標要求， 保證有足夠的信 噪比（S/N）和量化位數，又要滿足低噪聲放大的指標要求。 在CCD模擬視頻信號中，包含著很多噪聲成分，為了保證得 到高信噪比的視頻信號， 提取高質量的有用信號， 必須對這些噪 聲予

6、以抑制， 所以對視頻信號的后續處理非常重要。 視頻信號處 理功能框圖如圖 2 示，包括隔直箝位、相關雙采樣、可編程增益 放大器、偏置調整與暗電平校正、 A/D 轉換器和時序控制幾 現在一些大規模集成信號處理器包括了相關雙采樣、 可編程 增益放大器、 A/D 轉換器、偏置調整與暗電平校正等功能，既減 小了處理電路的體積又增加了可靠性。根據總體指標，可選用 TI公司的集成信號處理器 VSP227Q表1列舉了 VSP2270的主要 性能參數。 集成信號處理器VSP2270的內部功能圖如圖3所示，由圖中 可以看出VSP2270包括CDS、0位數字可編程增益放大器 PGA、 10bitA/D 轉換器和可

7、控暗電平自動校正器等，可控參數的設置 通過串行接口進行加載。 3、圖像緩存與整合技術 由于大面陣CCD器件為保證高幀頻輸出均采用多抽頭同時 輸出的模式， 因此與傳統的逐行輸出模式相比， 在成像系統中需 要設計圖像緩存單元， 并且按著系統需求， 采用逐行或者隔行的 模式進行重組后輸出。 圖像緩存單元應該采用乒乓操作， 保證系 統的實時性。同時在緩存過程中，由于采用多個AD進行轉換， 且CCD存在片內響應非均勻性，片間響應非均勻性的特點， 需要 對整個圖像進行響應一致性的矯正，保證圖像輸出響應一致性。 對于響應一致性的矯正， 需要對成像系統進行輻射定標， 確定個 通道響應度曲線，并通過兩點或多點法

8、進行硬件實時校正。 4、設計FPGA空制系統技術 整個系統的控制任務和時序發生都是有FPGA來承擔的，因 此，根據各個公司不同，對不同的芯片進行選擇。確保有著合適 的工作速度存在于所使用的芯片中，RAM在其中對分布模塊和10 等都要給予滿足，并且，對于寄存器資源上也有著較高的要求， 對于整個的輸出緩存和控制需求上都應該給予滿足， 例如，可以 對一定的描述語言進行使用， 來進行此種設計， 合理的出開發環 境。一般的時候，會有曝光控制單元、幀速調整單元和直方圖統 計單元存在于相機系統中， 連續多次拍照的功能一定要存在于其 中。將5個電路應用到DCM中,為了能夠將時鐘信號有效的生成 出來，有效的控制出現延時情況時的信號。總而言之，還有大量 的富余會存在于FPGA中，能夠為更大分辨率的 CCDS計和添加 后續功能提供一定的幫助。