CN110493516B - 一种异速像移补偿装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种异速像移补偿装置及系统，该装置包括主时序单元、异速像移补偿单元以及与面阵CCD连接的水平时序单元和垂直时序单元，面阵CCD的像素列被划分成一个以上列组，主时序单元生成时序信号，异速像移补偿单元根据系统控制器发送的任务参数调节时序信号中的垂直时序信号，以将每个列组中的电荷的垂直移动速度与像移速度同步，还将调节后的时序驱动信号传输至水平时序单元和垂直时序单元。水平时序单元和垂直时序单元分别对接收到的水平时序信号和垂直时序信号进行放大和平移，并将放大和平移后的时序信号输入面阵CCD，以驱动面阵CCD。如此，不仅能克服使用CCD的侦查相机图像的运动模糊问题，还具有易于实现且低成本的优点。

Description

一种异速像移补偿装置及系统

技术领域

本申请属于航空航天技术领域，尤其涉及一种异速像移补偿装置及系统。

背景技术

在侦察过程中，侦察机为躲避雷达的监视，常需要做高速低空(高速高比，其中速高比指速度与高度之比)飞行。当载机侧身飞行或镜头向侧方俯仰成像的时候，载机上的航空相机会处于一种斜视工作状态。这时成像靶面上不同位置会有不同速度的像移产生，生成复杂的运动模糊图像，这种现象也被称为“异速像移”。异速像移的形成与载机的飞行姿态紧密相关，载机的飞行速度、高度、翻滚角度、偏航角度、俯仰角度等参数的不同均会产生不同的异速像移。

目前，现有技术存在以下的解决方案，但均存在一定缺陷。

一种方案是控制曝光时间，如果光照条件允许非常短的曝光时间，那么通过增加快门的速度可以克服图像的运动模糊。但是，侦察相机无法满足上述光照条件，因此这种控制曝光时间的方案无法应用于侦察相机的异速像移。

还有一种方案是通过改进机械结构来克服图像的运动模糊，此方案包括三种实现方法：变换胶片、变换镜头、旋转反射镜。这三种方法被广泛应用到包括胶片相机和光电行扫描相机等各种侦察相机中。但是，由于这种方案需要改进机械结构，势必会增加成像系统的重量、复杂度及成本。

综上，目前亟需提供一种易于实现且低成本的异速像移补偿方案。

发明内容

为了至少部分地解决上述问题，本申请实施例提出如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种异速像移补偿装置，包括主时序单元、异速像移补偿单元以及与面阵CCD连接的水平时序单元和垂直时序单元，其中，所述面阵CCD的像素列被划分成一个以上列组；

所述主时序单元用于生成所述面阵CCD所需的时序信号，该时序信号包括垂直时序信号和水平时序信号；

所述异速像移补偿单元用于根据系统控制器发送的任务参数调节所述时序信号中的垂直时序信号，以将每个列组中的电荷的垂直移动速度与像移速度同步；还用于将调节后的时序驱动信号传输至所述水平时序单元和所述垂直时序单元；

所述水平时序单元和所述垂直时序单元分别用于对接收到的水平时序信号和垂直时序信号进行放大和平移，并将放大和平移后的时序信号输入所述面阵CCD，以驱动所述面阵CCD。

可选地，所述异速像移补偿单元具体包括接口模块、定时控制模块、垂直时序补偿模块、缓冲模块、垂直时序分配模块和水平时序分配模块；

所述接口模块用于接收系统控制器发送的任务参数，并将所述任务参数中的异速像移补偿时间间隔和工作模式发送给所述定时控制模块；

所述定时控制模块用于在曝光期间根据所述异速像移补偿时间间隔生成定时脉冲，根据所述工作模式生成所述主时序单元的触发信号和时序切换信号，并将所述定时脉冲发送给所述垂直时序补偿模块；

所述垂直时序补偿模块用于根据所述定时脉冲生成异速像移补偿时序，并将所述异速像移补偿时序发送给所述垂直时序单元；

所述缓冲模块用于将所述主时序单元生成的时序信号中除水平时序信号和垂直时序信号外的其他时序信号转发至所述垂直时序分配模块；

所述垂直时序分配模块用于在曝光期间选通所述垂直时序补偿模块，在电荷输出和空闲期间选通所述主时序单元，以及分配所述主时序单元生成的垂直时序信号和其他信号且在分配期间控制各路信号间的相位关系；

所述水平时序分配模块用于分配所述主时序单元生成的水平时序信号且在分配期间控制各路信号间的相位关系。

第二方面，本申请实施例提供一种异速像移补偿系统，包括航空总线、系统控制器、面阵CCD以及如第一方面所述的异速像移补偿装置；

其中，所述航空总线与所述系统控制器相连接；所述航空总线用于将航空电子系统发送的飞行信息传输给所述系统控制器；所述系统控制器用于根据接收到的飞行信息确定用于异速像移补偿的任务参数并将所述任务参数发送给所述异速像移补偿装置。

可选地，所述异速像移补偿系统还包括信号处理单元，所述信号处理单元用于对所述面阵CCD输出的图像信号进行信号处理，以使信号处理后的图像信号能够被转化成图像。

可选地，所述信号处理单元具体包括相关双采样模块、可控增益放大模块、暗电平箝位补偿模块和模数转换模块。

可选地，所述信号处理单元为TDA9965。

可选地，所述异速像移补偿系统还包括与所述信号处理单元连接的存储装置，所述存储装置用于储存所述信号处理单元输出的图像信号并向与其通信连接的上位机传输所述图像信号，以使所述上位机能将所述图像信号转化成图像。

可选地，所述存储装置为SATA硬盘。

可选地，所述系统控制器为单片机。

可选地，所述航空总线为I2C总线。

相对现有技术而言，本申请具备的有益效果包括：

本申请实施例提供一种异速像移补偿装置及系统，该装置包括主时序单元、异速像移补偿单元以及与面阵CCD连接的水平时序单元和垂直时序单元，面阵CCD的像素列被划分成一个以上列组，主时序单元生成时序信号，异速像移补偿单元根据系统控制器发送的任务参数调节时序信号中的垂直时序信号，以将每个列组中的电荷的垂直移动速度与像移速度同步，还将调节后的时序驱动信号传输至水平时序单元和垂直时序单元。水平时序单元和垂直时序单元分别对接收到的水平时序信号和垂直时序信号进行放大和平移，并将放大和平移后的时序信号输入面阵CCD，以驱动面阵CCD。本申请提供的异速像移补偿装置将面阵CCD的像素列划分成若干列组，并将每个列组中的电荷转移速度与像移速度同步，不仅能克服使用CCD的侦查相机图像的运动模糊问题，还具有易于实现且低成本的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种异速像移补偿系统的示意框图；

图2是本申请实施例提供的一种异速像移补偿单元的电路模块图；

图3是本申请实施例提供的一种异速像移补偿单元的的原理示意图。

图标：10-异速像移补偿系统；11-航空总线；12-系统控制器；100-异速像移补偿装置；110-主时序单元；120-异速像移补偿单元；121-接口模块；122-定时控制模块；123-垂直时序补偿模块；124-缓冲模块；125-垂直时序分配模块；126-水平时序分配模块；130-水平时序单元；140-垂直时序单元；200-面阵CCD；250-信号处理单元；300-存储装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在侦察领域中，光电相机、尤其是使用电荷耦合器件（CCD）的相机被普遍认为优于胶片相机。CCD由几千个截然不同的像素构成，入射光线在此处被转换为电荷包并在势阱聚集。电荷包包含有景物信息，在其上这些景物信息被从器件中输出，并转换为电信号。光电成像相机的最大优点是，所拍摄的景物信息几乎可以实时的从侦察飞机传到地面接收站，或是被记录下来转换为视频信号以供显示。目前，可以生产出具有较小像素和较高分辨率的光电相机、阵列面积较大的拥有几百万像素的宽视场光电相机、以及应用在侦察领域中光谱灵敏度较高的光电相机。

本实施例提供一种异速像移补偿装置，可用于克服使用CCD的侦察相机图像的运动模糊问题。请参照图1，图1是本申请实施例提供的一种异速像移补偿系统10的示意框图。异速像移补偿系统10包括航空总线11、系统控制器12面阵CCD200和本实施例提供的异速像移补偿装置100。

其中，航空总线11与系统控制器12相连接。航空总线11用于将侦察机的航空电子系统发送的飞行信息传输给系统控制器12，系统控制器12用于根据接收到的飞行信息确定用于异速像移补偿的任务参数并将所述任务参数发送给异速像移补偿装置100。可选地，所述飞行信息可以包括速度、高度、翻滚角度、偏航角度、俯仰角度等信息，所述任务参数可以包括镜头焦距、工作模式、阵列大小、阵列中纵向组的个数、像素大小等参数。

异速像移补偿装置100包括主时序单元110、异速像移补偿单元120以及与面阵CCD200连接的水平时序单元130和垂直时序单元140。其中，面阵CCD200的像素列被划分成一个以上列组。下面分别对异速像移补偿装置100的各个单元进行说明。

主时序单元110用于生成面阵CCD200所需的时序信号，该时序信号包括垂直时序信号和水平时序信号。

异速像移补偿单元120用于根据系统控制器12发送的任务参数调节所述时序信号中的垂直时序信号，以将每个列组中的电荷的垂直移动速度与像移速度同步。并且，异速像移补偿单元120还用于将调节后的时序驱动信号传输至水平时序单元130和垂直时序单元140。

请参照图2，按电路模块划分，异速像移补偿单元120具体可以包括接口模块121、定时控制模块122、垂直时序补偿模块123、缓冲模块124、垂直时序分配模块125、水平时序分配模块126。

其中：接口模块121用于接收系统控制器12发送的任务参数，并将所述任务参数中的异速像移补偿时间间隔和工作模式发送给定时控制模块122；定时控制模块122用于在曝光期间根据所述异速像移补偿时间间隔生成定时脉冲，根据所述工作模式生成主时序单元110的触发信号和时序切换信号，并将所述定时脉冲发送给垂直时序补偿模块123；垂直时序补偿模块123用于根据所述定时脉冲生成异速像移补偿时序，并将所述异速像移补偿时序发送给垂直时序单元140；缓冲模块124用于将主时序单元110生成的时序信号中除水平时序信号和垂直时序信号外的其他时序信号转发至垂直时序分配模块125；垂直时序分配模块125用于在曝光期间选通垂直时序补偿模块123，在电荷输出和空闲期间选通主时序单元110，以及分配主时序单元110生成的垂直时序信号和其他信号且在分配期间控制各路信号间的相位关系；水平时序分配模块126用于分配主时序单元110生成的水平时序信号且在分配期间控制各路信号间的相位关系。

关于异速像移补偿单元120的异速像移补偿原理参见后文结合图3的说明。

水平时序单元130和垂直时序单元140分别用于对接收到的水平时序信号和垂直时序信号进行放大和平移，并将放大和平移后的时序信号输入面阵CCD200，以驱动面阵CCD200。

如此，本实施例提供的异速像移补偿装置100不仅能克服使用CCD的侦查相机图像的运动模糊问题，相较于现有技术还具有易于实现且低成本的优点。

在一些实施方式中，异速像移补偿系统10还可以包括信号处理单元250，信号处理单元250用于对面阵CCD200输出的图像信号进行信号处理，以使信号处理后的图像信号能够被转化成图像。可选地，所述信号处理可以包括相关双采样、可控增益放大、暗电平箝位补偿和模数转换。对应地，按电路模块划分，信号处理单元250具体可以包括相关双采样模块、可控增益放大模块、暗电平箝位补偿模块和模数转换模块。

进一步地，异速像移补偿系统10还可以包括与信号处理单元250连接的存储装置300，存储装置300用于储存信号处理单元250输出的图像信号并向与其通信连接的上位机传输所述图像信号，以使所述上位机能将所述图像信号转化成图像。

本实施例中，仅作为示例，航空总线11可以选用I2C总线，系统控制器12可以选用单片机（例如，P89LV51RD2），所述垂直时序补偿模块可以选用CPLD器件，水平时序单元130可以选用74ACT04，垂直时序单元140可以选用TDA9991，信号处理单元250可以选用TDA9965，存储装置300可以选用SATA硬盘。

下面结合图2所示的焦平面阵列对异速像移补偿单元120的异速像移补偿原理进行说明。

如图3所示，焦平面阵列的一些相邻的像素列构成一个列组，因此，焦平面阵列就由许多列组列组成。根据每一列组中心处的像移速度，每一个块都有其各自的电荷移动速度（即前文所述的垂直移动速度）。图3中，用箭头代表这些电荷移动速度，箭头长度越长表示速率越大。在阵列横向方向上电荷移动速度是单调变化的。曝光时，包含景物信息的电荷被采集到阵列中的像素上，然后根据每个列组的电荷移动速度将电荷从一个像素移动到相邻的另一个像素上。当快门关闭，即曝光结束后，将包含图像信息的电荷顺序地从阵列读出到寄存器，每次读一行。读取的图像信号可再由寄存器被送入信号处理器件。当图像信号读出结束后，阵列便可以进行下一次曝光。如果使电荷在驱动时钟驱动下的移动速度与像移速度同步，就可消除像移的影响。不同列组的像移速度不同时，可以对不同的列组设置各自的异速像移补偿单元120(同一列组内各列的异速像移补偿单元120是相同的)，使电荷转移速度与像移速度同步，以消除像移影响。列组划分得越多，补偿效果越好，但系统越复杂，因此可以在性能和成本间平衡划分合适数目的列组。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种异速像移补偿装置，其特征在于，包括主时序单元、异速像移补偿单元以及与面阵CCD连接的水平时序单元和垂直时序单元，其中，所述面阵CCD的像素列被划分成一个以上列组；

所述主时序单元用于生成所述面阵CCD所需的时序信号，该时序信号包括垂直时序信号和水平时序信号；

所述异速像移补偿单元用于根据系统控制器发送的任务参数调节所述时序信号中的垂直时序信号，以将每个列组中的电荷的垂直移动速度与像移速度同步；还用于将调节后的时序驱动信号传输至所述水平时序单元和所述垂直时序单元；

所述水平时序单元和所述垂直时序单元分别用于对接收到的水平时序信号和垂直时序信号进行放大和平移，并将放大和平移后的时序信号输入所述面阵CCD，以驱动所述面阵CCD；

所述异速像移补偿单元具体包括接口模块、定时控制模块、垂直时序补偿模块、缓冲模块、垂直时序分配模块和水平时序分配模块；

所述接口模块用于接收系统控制器发送的任务参数，并将所述任务参数中的异速像移补偿时间间隔和工作模式发送给所述定时控制模块；

所述定时控制模块用于在曝光期间根据所述异速像移补偿时间间隔生成定时脉冲，根据所述工作模式生成所述主时序单元的触发信号和时序切换信号，并将所述定时脉冲发送给所述垂直时序补偿模块；

所述垂直时序补偿模块用于根据所述定时脉冲生成异速像移补偿时序，并将所述异速像移补偿时序发送给所述垂直时序单元；

所述缓冲模块用于将所述主时序单元生成的时序信号中除水平时序信号和垂直时序信号外的其他时序信号转发至所述垂直时序分配模块；

所述垂直时序分配模块用于在曝光期间选通所述垂直时序补偿模块，在电荷输出和空闲期间选通所述主时序单元，以及分配所述主时序单元生成的垂直时序信号和其他信号且在分配期间控制各路信号间的相位关系；

所述水平时序分配模块用于分配所述主时序单元生成的水平时序信号且在分配期间控制各路信号间的相位关系。

2.一种异速像移补偿系统，其特征在于，包括航空总线、系统控制器、面阵CCD以及如权利要求1所述的异速像移补偿装置；

其中，所述航空总线与所述系统控制器相连接；所述航空总线用于将航空电子系统发送的飞行信息传输给所述系统控制器；所述系统控制器用于根据接收到的飞行信息确定用于异速像移补偿的任务参数并将所述任务参数发送给所述异速像移补偿装置。

3.如权利要求2所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述异速像移补偿系统还包括信号处理单元，所述信号处理单元用于对所述面阵CCD输出的图像信号进行信号处理，以使信号处理后的图像信号能够被转化成图像。

4.如权利要求3所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述信号处理单元具体包括相关双采样模块、可控增益放大模块、暗电平箝位补偿模块和模数转换模块。

5.如权利要求3所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述信号处理单元为TDA9965。

6.如权利要求3所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述异速像移补偿系统还包括与所述信号处理单元连接的存储装置，所述存储装置用于储存所述信号处理单元输出的图像信号并向与其通信连接的上位机传输所述图像信号，以使所述上位机能将所述图像信号转化成图像。

7.如权利要求6所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述存储装置为SATA硬盘。

8.如权利要求2至7中任一项所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述系统控制器为单片机。

9.如权利要求2至7中任一项所述的异速像移补偿系统，其特征在于，所述航空总线为I2C总线。

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