專利名稱：一種高分辨率行頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分辨率行頻控制方法，具體涉及一種利用增減逆程法實(shí)現(xiàn)高分 辨率TDICCD相機(jī)行頻控制的方法。
背景技術(shù)：
在航空攝影測量領(lǐng)域，為得到高清晰度的數(shù)字圖象，常采用高分辨率TDICCD相 機(jī)。TDICCD相機(jī)的象元輸出信號是地面同一景物在不同時刻多次曝光得到的信號 的疊加。為保證圖象質(zhì)量，必須保證TDICXD的行掃速率與景物像移速率相匹配，即要求 TDIC⑶的行掃描周期等于景物像在焦平面上移動一個行間距的時間。實(shí)現(xiàn)TDICXD行掃速率與像移速率匹配，也就是實(shí)現(xiàn)行掃速率的同步控制。在實(shí)際 測量系統(tǒng)中，景物的像移速率與TDICCD行掃速率的匹配與否將對系統(tǒng)的圖像質(zhì)量產(chǎn)生很 大的影響。目前，實(shí)現(xiàn)行頻控制多常采用數(shù)字頻率合成法，該方法采用數(shù)字頻率合成的方法 來改變主時鐘的頻率，以改變每個像元的讀出時間，使行掃周期發(fā)生改變，即改變了行掃速 率，達(dá)到同步控制的目的。但是像元讀出時間改變后，CCD輸出信號處理電路中的器件參數(shù) 如箝位電容、濾波電容等參數(shù)必須跟著改變，否則會降低輸出信號量。同時，CCD驅(qū)動時序是一組周期性的，關(guān)系比較復(fù)雜的時序脈沖信號，而且具有特 定的電壓電平，它是直接影響CCD轉(zhuǎn)換效率，信噪比等光電轉(zhuǎn)換特性的一個重要因素。精確 的驅(qū)動時序是CCD器件正常穩(wěn)定工作的保證，CCD時序脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計可以有很多種 方法，主要有直接數(shù)字電路驅(qū)動法，單片機(jī)驅(qū)動法，可擦可編程只讀存儲器驅(qū)動法和專用IC 驅(qū)動法。直接數(shù)字電路驅(qū)動法這種時序電路通常由振蕩電路、邏輯門電路、計數(shù)器、電路、 單穩(wěn)態(tài)電路等構(gòu)成。這種方法可以產(chǎn)生出高頻的驅(qū)動脈沖，穩(wěn)定性較好，但是邏輯設(shè)計較復(fù) 雜，電路設(shè)計周期長，電路元?dú)饧?，電路板面積大，調(diào)試非常困難。單片機(jī)驅(qū)動法該方法是通過對單片機(jī)進(jìn)行編程，由單片機(jī)的I/O端口來輸出CCD 驅(qū)動脈沖信號。這種方法靈活性好，對不同的CCD器件只需要修改程序即可，但是由于時序 的產(chǎn)生完全依賴程序指令的延時來實(shí)現(xiàn)，而目前的單片機(jī)時鐘頻率較低，因此由指令產(chǎn)生 多路脈沖時，其最高頻率不過幾百千赫，無法達(dá)到兆赫級的CCD驅(qū)動頻率?？刹量删幊讨蛔x存儲器驅(qū)動法(EPROM)該方法是在EPROM中事先存放好驅(qū)動CCD 工作的所有時序信號數(shù)據(jù)，由計數(shù)電路產(chǎn)生EPROM地址，從而使EPROM輸出特定的時序信 號，但編制EPROM程序單調(diào)繁冗，易出現(xiàn)錯誤，給調(diào)試帶來困難，不適合設(shè)計大面陣的CCD的 驅(qū)動時序電路。專用IC驅(qū)動法該方法利用專門為某型號或某種類的CCD設(shè)計的時序高分辨率全 幀CCD驅(qū)動電路技術(shù)研究脈沖芯片來設(shè)計驅(qū)動時序電路，這種方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)計 和調(diào)試較為簡單，只需通過軟件設(shè)置其工作參數(shù)即可。電路的集成度也很高，可靠性好，功耗很低，但是與可編程邏輯器件驅(qū)動法相比，該方法最大的缺點(diǎn)就是靈活性不夠好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高分辨率行頻控制方法，主要解決了現(xiàn)有方法同步精度低的問 題，該方法主要是當(dāng)速高比變化時，通過增減行頻的逆程時間實(shí)現(xiàn)行掃描速率的同步控制。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下根據(jù)TDICXD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)焦距、像元尺寸、速高比、像元個數(shù)估算出TDICXD驅(qū)動 電路的時鐘脈沖頻率。保持時鐘脈沖頻率不變，在光學(xué)系統(tǒng)焦距和像元尺寸一定時，根據(jù) 速高比的變化計算出TDICCD行掃描速率，得到行掃描周期。結(jié)合時鐘脈沖頻率和行掃描 周期，計算出一個行掃描周期內(nèi)的脈沖總數(shù)，保持正程脈沖數(shù)不變，調(diào)節(jié)出所需逆程脈沖的 個數(shù)；使用可編程邏輯器件FPGA，采用硬件描述語言設(shè)計輸入法，產(chǎn)生時序脈沖。從而實(shí)現(xiàn) TDICCD行掃速率與像移速率匹配，也就是實(shí)現(xiàn)行掃速率的同步控制。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明能達(dá)到較高的同步精度。2、本發(fā)明的高分辨率行頻控制方法采用復(fù)雜可編程邏輯器件FPGA進(jìn)行設(shè)計，通 用性高，可靠性高，縮小了系統(tǒng)的體積，降低了整個系統(tǒng)功耗，節(jié)約了系統(tǒng)成本。3、本發(fā)明的高分辨率行頻控制方法，減少電路的復(fù)雜性，TDICCD輸出信號后續(xù)處 理電路的時序簡單，提高圖像質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖；圖2為本發(fā)明的TDICXD相機(jī)工作時序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳述。根據(jù)TDICXD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)焦距、像元尺寸、速高比、像元個數(shù)估算出TDICXD驅(qū)動 電路的時鐘脈沖頻率。保持時鐘脈沖頻率不變，在光學(xué)系統(tǒng)焦距和像元尺寸一定時，根據(jù)速 高比的變化計算出TDICCD行掃描速率，得到行掃描周期。速高比變化時，像移速度改變， CXD的工作頻率也要隨著改變。由于TDICXD驅(qū)動時序電路準(zhǔn)確度高，工作頻率誤差很小，而 像移速度的誤差由引入速高比即飛機(jī)飛行速度和攝影高度決定，所以速高比誤差影響同步 控制準(zhǔn)確度，從而影響成像質(zhì)量。結(jié)合時鐘脈沖頻率和行掃描周期，計算出一個行掃描周期內(nèi)的脈沖總數(shù)，保持正 程脈沖數(shù)不變，調(diào)節(jié)出所需逆程脈沖的個數(shù)；使用可編程邏輯器件FPGA，采用硬件描述語 言設(shè)計輸入法，產(chǎn)生時序脈沖。從而實(shí)現(xiàn)TDICCD行掃速率與像移速率匹配，也就是實(shí)現(xiàn)行 掃速率的同步控制。為保證成像質(zhì)量，根據(jù)TDICXD圖象傳感器的特性，驅(qū)動TDICXD時序電路的行掃速 率與像移速率要嚴(yán)格同步，即經(jīng)過TDIC⑶的一個行周期時間，景物的像恰好移動一行。飛機(jī)運(yùn)動時，像在移動，其像移速度為V = FW/H。式中W為飛機(jī)飛行速度；H為攝 影高度；F為光學(xué)系統(tǒng)焦距。
如像元尺寸為a，移動一行的時間V’ (延遲積分時間，象移速率)與CXD的行周期 相等，即 V’ =T= (a/F)H/W。在光學(xué)系統(tǒng)焦距和像元尺寸一定時，TDIC⑶的工作頻率與飛機(jī)的飛行速度和攝影 高度有關(guān)，W/H稱為速高比。從TDICCD的時序要求可知，一個行周期可分成正程時間(主要是象元讀出時間) 和逆程時間，正程時間所占的脈沖數(shù)是固定的。當(dāng)主頻(也即時鐘頻率)不變時，增加或者 減少逆程脈沖個數(shù)，即可降低或者提高行掃速率。根據(jù)速高比的變化來確定增加或減少的 逆程脈沖的個數(shù)。就可達(dá)到行掃速率的同步控制。TDICCD相機(jī)的時序脈沖是采用計數(shù)器對時鐘脈沖計數(shù)，每行結(jié)束時，產(chǎn)生清零脈 沖。使計數(shù)器清零，接受新的積分時間，重新開始下一行的時序。TDICCD時序脈沖產(chǎn)生電路使用可編程邏輯器件FPGA，采用硬件描述語言設(shè)計輸 入法。CCD驅(qū)動時序是一組周期性的，關(guān)系比較復(fù)雜的時序脈沖信號，而且具有特定的電壓 電平，它是直接影響CCD轉(zhuǎn)換效率、信噪比等光電轉(zhuǎn)換特性的一個重要因素。精確的驅(qū)動時 序是CCD器件正常穩(wěn)定工作的保證，所以如何設(shè)計出可靠的CCD驅(qū)動時序電路，就成為CCD 應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。CCD時序脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計可以有很多種方法，主要有直接數(shù)字電路驅(qū)動法，單 片機(jī)驅(qū)動法，EPROM (可擦可編程只讀存儲器)驅(qū)動法，可編程邏輯器件驅(qū)動法和專用IC驅(qū) 動法。 可編程邏輯器件驅(qū)動法中的可編程邏輯器件可以采用FPGA，這種方法的器件集成 度高，電路板面積小，靈活性好，頻率也可以很高。在應(yīng)用該方法設(shè)計TDICXD的時序電路時，主要有兩種輸入方法，原理圖設(shè)計輸入 法和硬件描述語言設(shè)計輸人法。原理圖設(shè)計法采用自下向上的設(shè)計方法。利用已有的邏輯元器件來構(gòu)造成硬件電 路。原理圖輸人法要求設(shè)計人員按照設(shè)計數(shù)字電路的過程，逐步進(jìn)行原理圖的設(shè)計，特別是 當(dāng)CCD芯片需要復(fù)雜的三相或四相交迭驅(qū)動脈沖時，整個驅(qū)動電路的原理圖設(shè)計將變得非 常復(fù)雜，這樣不但對設(shè)計人員要求苛刻，而且繼承性差。與原理圖輸入法相比，硬件描述語言法則與電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計直 接面向用戶需求，根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求，自上向下地逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu) 化、仿真與驗(yàn)證，直到生成最終的硬件電路，可以省去大量時序電路的設(shè)計，繼承性好。
權(quán)利要求
1.一種高分辨率行頻控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)設(shè)定TDICCD驅(qū)動電路的時鐘脈沖頻率；(2)根據(jù)速高比的變化計算出TDICCD行掃描速率，得到行掃描周期；(3)根據(jù)上述時鐘脈沖頻率和行掃描周期，計算出一個行掃描周期內(nèi)的脈沖總數(shù)，保持 正程脈沖數(shù)不變，調(diào)整所需逆程脈沖的個數(shù)；(4)根據(jù)步驟(3)的脈沖總數(shù)設(shè)置時序脈沖；(5)當(dāng)速高比發(fā)生變化，返回步驟(2)對行逆程脈沖個數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率行頻控制方法，其特征在于所述步驟(4)中時序 脈沖的脈沖產(chǎn)生電路使用可編程邏輯器件FPGA，采用硬件描述語言設(shè)計輸入法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高分辨率行頻控制方法，其特征在于所述時序脈沖是 采用計數(shù)器對時鐘脈沖計數(shù)，每行結(jié)束時，產(chǎn)生清零脈沖，使計數(shù)器清零，接受新的積分時 間，重新開始下一行的時序；所述的積分時間為步驟(3)中所述的行掃描周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分辨率行頻控制方法，其特征在于步驟(1)所述的時鐘 脈沖頻率的值根據(jù)TDICCD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)焦距、像元尺寸、速高比、像元個數(shù)估算得到。
全文摘要
本發(fā)明提供的高分辨率行頻控制方法，主要是利用增減逆程法實(shí)現(xiàn)高分辨率TDICCD相機(jī)行頻控制，當(dāng)速高比變化時，通過增減行頻的逆程時間實(shí)現(xiàn)行掃描速率的同步控制。該方法能達(dá)到較高的同步精度，并采用復(fù)雜可編程邏輯器件FPGA進(jìn)行設(shè)計，通用性高，可靠性高，縮小了系統(tǒng)的體積，降低了整個系統(tǒng)功耗，節(jié)約了系統(tǒng)成本，同時它還減少了電路的復(fù)雜性，TDICCD輸出信號后續(xù)處理電路的時序簡單，提高了圖像質(zhì)量。
文檔編號H04N5/225GK102006429SQ20091030643
公開日2011年4月6日 申請日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者張伯珩, 李露瑤, 邊川平, 黃美玲 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所