专利名称：支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧ccd驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及CCD驱动电路领域，特别涉及一种支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧 CCD驱动电路。
技术背景CCD (电荷耦合器件)是一种技术成熟应用广泛的图像传感器，经过30多年的发展，出现 了数千万甚至上亿像素的超高分辨率大面阵CCD。为了提高图像输出速率，大面阵CCD常采 用多路输出结构，即将CCD分为若干块，每块都有独立的驱动信号输入端和输出放大器，Dalsa 公司的FTF系列全帧CCD就采用了这种结构，CCD被分为四个对称的象限，四角各有一个输 出放大器，每个象限的电荷包的移动方向可以独立控制，能以多种输出方式和输出通道数进行 输出；当CCD应用于低速场合时，应采用单路输出，以达到更好的输出一致性，当CCD应用 于较高速场合时，须采用多路输出，以达到更高的输出速率；不同的输出方式需要不同的驱动 电路支持， 一种驱动电路只能满足某种需求，不具通用性，这样就需要设计多种驱动电路以满 足不同的应用要求，增加了设计调试周期和开发费用。当CCD相tlM于航空拍摄时，由于飞机高速飞行，使曝光时间内目标在CCD像面上成的 像沿着航线方向移动，即前向像移，前向像移使不同目标成的像相互混叠，造成图像模糊和拖 尾，是影响垂直拍照航测相机成像质量和分辨率的主要因素之一，必须采取有效措施进行补偿。 目前常用的像移补偿方法有机械式补偿和光学式补偿等，利用机械结构在曝光期间使感光介质 跟随像运动方向移动的补偿方法为机械式补偿，如移动焦平面补偿法；通过旋转或移动光路元 件以改变光线方向使像在焦平面保持静止的补偿方法为光学式补偿，如摆镜补偿法。机械式和 光学式补偿需要使用复杂精密的光机结构和控制系统，使相机的复杂度、体积和重量增加，由 于使用了运动部件，相机的可靠性也降低，且光机件设计加工复杂，大大增加了开发成本。 发明内容本发明要解决的技术问题克服现有技术的不足，提供一种支持多种输出方式和电子像移 补偿的全帧CCD驱动电路，实现CCD输出方式和输出通道数的灵活选择，使一种驱动电路能 满足多种应用需求，解决单一驱动电路通用性差的问题，同时实现电子像移补偿。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种支持多种输出方式和电子像移补偿的全 帧CCD驱动电路，由系统控制器l、主时序发生器2、像移补偿时序发生器3、垂直驱动器4、 全帧CCD芯片5、水平驱动器一6、水平驱动器二7、水平驱动器三8、水平驱动器四9组成； 系统控制器l的控制总线输出端与主时序发生器2、像移补偿时序发生器3、垂直驱动器4的控 制总线输入端相连，主时序发生器2的水平转移时钟、垂直转移时钟和信号处理时钟输出端分 别与像移补偿时序发生器3的水平转移时钟、垂直转移时钟和信号处理时钟输入端相连，像移 补偿时序发生器3的上、下部垂直转移时钟输出端分别与垂直驱动器4的上、下部垂直转移时 钟输入端相连，像移补偿时序发生器3的左部水平转移时钟输出端与水平驱动器一6和水平驱 动器四9的水平转移时钟输入端相连，像移补偿时序发生器3的右部水平转移时钟输出端与水 平驱动器二 7和水平驱动器三8的水平转移时钟输入端相连，垂直驱动器4的上部垂直驱动电 平输出端与全帧CCD芯片5的左上和右上部垂直驱动电平输入端相连，垂直驱动器4的下部垂 直驱动电平输出端与全帧CCD芯片5的左下和右下部垂直驱动电平输入端相连，水平驱动器一 6、水平驱动器二7、水平驱动器三8、水平驱动器四9的水平驱动电平输出端分别与全帧CCD 芯片5的左下、右下、右上、左上部水平驱动电平输入端相连，像移补偿时序发生器3的CCD 信号处理时钟输出到信号处理电路。所述的支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特征在于像移补偿时 序发生器3是CPLD器件，由控制总线接口电路3-l，补偿时钟产生电路3-2，像移补偿垂直转 移时序发生电路3-3，垂直转移时序输出控制电路3-4，水平转移时序输出控制电路3-5， CCD 信号处理时钟延时电路3-6组成；控制总线接口电路3-1的控制总线输入端与系统控制器1的控 制总线输出端相连，控制总线接口电路3-1的参数输出端与补偿时钟产生电路3-2的参数输入端 相连，补偿时钟产生电路3-2的定时信号输出端与像移补偿垂直转移时序发生电路3-3的定时信 号输入端相连，补偿时钟产生电路3-2的选择信号输出端与垂直转移时序输出控制电路3-4的选 择信号输入端相连，垂直转移时序输出控制电路3-4的垂直转移钟输入端一、垂直转移时钟输入 端二分别与像移补偿垂直转移时序发生电路3-3的垂直转移时钟输出端和主时序发生器2的垂直 转移时钟输出端相连，垂直转移时序输出控制电路3-4的上、下部垂直转移时钟输出端分别与垂 直驱动器4的上、下部垂直转移时钟输入端相连，水平转移时序输出控制电路3-5的左部水平转 移时钟输出端与水平驱动器一 6和水平驱动器四9的水平转移时钟输入端相连，水平转移时序 输出控制电路3-5的右部水平转移时钟输出端与水平驱动器二7和水平驱动器三8的水平转移时 钟输入端相连，CCD信号处理时钟延时电路3-6的CCD信号处理时钟输出到信号处理电路。所述的支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特征在于系统控制器 1通过控制总线控制系统各部分协调工作，拍摄时CCD首先进入曝光状态，此时相机快门开启， 像移补偿时序发生器3根据系统控制器1的控制总线输出端传来的像移速度信息每隔一定时间 产生一次垂直转移时钟，该时钟被垂直驱动器4放大为CCD垂直转移电平驱动CCD电荷包沿
垂直方向移动，电荷包移动的速度与像移速度相同，实现垂直方向的电子像移补偿；同时，像 移补偿时序发生器3将主时序发生器2产生的水平转移时钟转发给水平驱动器一 6、水平驱动器 二 7、水平驱动器三8、水平驱动器四9来驱动CCD泄放垂直像移补偿时转移来的电荷；曝光 结束后CCD进入连续输出状态，此时相机快门关闭，像移补偿时序发生器3将主时序发生器2 产生的输出垂直、水平转移时钟转发给垂直驱动器4和水平驱动器一6、水平驱动器二7、水平 驱动器三8、水平驱动器四9来驱动CCD进行电荷输出，同时像移补偿时序发生器3将主时序 发生器2产生的信号处理时钟传送给信号处理电路以便对CCD输出信号进行放大、相关双采样、 模数转换和输出处理。所述的支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特征在于全帧CCD 芯片5的左上和右上部垂直转移电平输入端被分为一组、左下和右下部垂直转移电平输入端被 分为一组，左上和左下部水平转移电平输入端被分为一组、右上和右下部水平转移电平输入端 被分为一组，各组进行独立驱动，这样便能控制各个象限电荷包的移动方向，实现多种输出方 式的灵活选择。本发明与现有技术相比所具有的优点是采用各象限分组独立驱动技术，实现了CCD输出 方式和输出通道数的灵活选择，能满足多种应用场合对相机帧频率的要求，解决了单一驱动电 路通用性差的问题，同时采用像移补偿时序发生器实现了电子像移补偿技术，避免使用复杂精 密的光机结构和运动部件，克服了传统光机像移补偿相机结构复杂、体积大、重量重、可靠性 低等缺点，大大节约了开发成本。
图1是本发明的整体电路结构示意图； 图2是像移补偿时序发生器3的电路结构示意图。
具体实施方式
结合图l、图2对本发明的一个具体实施方式
做一个详细的说明。如图1所示， 一种支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，由系统控制器 1、主时序发生器2、像移补偿时序发生器3、垂直驱动器4、全帧CCD芯片5、水平驱动器一6、 水平驱动器二7、水平驱动器三8、水平驱动器四9组成。系统控制器1通过控制总线控制系统各部分协调工作，拍摄时CCD首先进入曝光状态，此 时相机快门开启，像移补偿时序发生器3根据系统控制器1的控制总线输出端传来的像移速度 信息每隔一定时间产生一次垂直转移时钟，该时钟被垂直驱动器4放大为CCD垂直转移电平驱 动CCD电荷包沿垂直方向移动，电荷包移动的速度与像移速度相同，实现垂直方向的电子像移 补偿；同时，像移补偿时序发生器3将主时序发生器2声生的水平转移衬钟转发给水平驱动器
一 6、水平驱动器二 7、水平驱动器三8、水平驱动器四9来驱动CCD泄放垂直像移补偿时转移 来的电荷；曝光结束后CCD进入连续输出状态，此时相机快门关闭，像移补偿时序发生器3将 主时序发生器2产生的输出垂直、水平转移时钟转发给垂直驱动器4和水平驱动器一6、水平驱 动器二 7、水平驱动器三8、水平驱动器四9来驱动CCD进行电荷输出；同时像移补偿时序发 生器3将主时序发生器2产生的信号处理时钟传送给信号处理电路以便对CCD输出信号进行放 大、相关双采样、模数转换和输出处理；CCD四个象限的垂直、水平转移时钟的相位关系由像 移补偿时序发生器3控制，全帧CCD芯片5的左上和右上部垂直转移电平输入端被分为一组、 左下和右下部垂直转移电平输入端被分为一组，左上和左下部水平转移电平输入端被分为一组、 右上和右下部水平转移电平输入端被分为一组，各组进行独立驱动，这样就可以控制各个象限 电荷包的移动方向，实现多种输出方式的灵活选择；如果将CCD四个角的输出通道按逆时针方 向标记为通道一、二、三、四，则支持的输出方式有单路输出(从通道一或二或三或四输出)、 双路输出(从通道一和二或三和四或一和四或二和三输出)和四路输出(从通道一和二和三和 四输出)。系统控制器1选用Philips公司的单片机P89LV51RD2，主时序发生器2选用Philips公司的 SAA8103 ，像移补偿时序发生器3选用Xilinx公司的CPLD器件XC95144XL，垂直驱动器4选 用 Philips 公司的 TDA9991 ， 全帧 CCD 芯片 5 可选用 Dalsa公司的 FTF2020M/3020M/4021M/4052M/5033M/5066M/6146M，水平驱动器一 6、水平驱动器二 7、水 平驱动器三8、水平驱动器四9均选用74ACT04。
权利要求
1、 支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特征在于它由系统控制 器(l)、主时序发生器(2)、像移补偿时序发生器(3)、垂直驱动器(4)、全帧CCD芯片(5)、水平驱 动器一(6)、水平驱动器二(7)、水平驱动器三(8)、水平驱动器四(9)组成；系统控制器(l)的控制总 线输出端与主时序发生器(2)、像移补偿时序发生器(3)、垂直驱动器(4)的控制总线输入端相连， 主时序发生器(2)的水平转移时钟、垂直转移时钟和信号处理时钟输出端分别与像移补偿时序发 生器(3)的水平转移时钟、垂直转移时钟和信号处理吋钟输入端相连，像移补偿时序发生器(3)的 上、下部垂直转移时钟输出端分别与垂直驱动器(4)的上、下部垂直转移时钟输入端相连，像移 补偿时序发生器(3)的左部水平转移时钟输出端与水平驱动器一(6)和水平驱动器四(9)的水平转 移时钟输入端相连，像移补偿时序发生器(3)的右部水平转移吋钟输出端与水平驱动器二(7)和水 平驱动器三(8)的水平转移时钟输入端相连，垂直驱动器(4)的上部垂直驱动电平输出端与全帧 CCD芯片(5)的左上和右上部垂直驱动电平输入端相连，垂直驱动器(4)的下部垂直驱动电平输出 端与全帧CCD芯片(5)的左下和右下部垂直驱动电平输入端相连，水平驱动器一(6)、水平驱动 器二(7)、水平驱动器三(8)、水平驱动器四(9)的水平驱动电平输出端分别与全帧CCD芯片(5)的 左下、右下、右上、左上部水平驱动电平输入端相连，像移补偿时序发生器(3)的CCD信号处理 时钟输出到信号处理电路。
2、 根据权利要求1所述的支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特 征在于像移补偿时序发生器(3)是CPLD器件，由控制总线接口电路(3-l)，补偿时钟产生电路 (3-2)，像移补偿垂直转移时序发生电路(3-3)，垂直转移时序输出控制电路(3-4)，水平转移时序 输出控制电路(3-5)， CCD信号处理时钟延时电斷3-6)组成；控制总线接口电斷3-l)的控制总线 输入端与系统控制器(l)的控制总线输出端相连，控制总线接口电路(3-l)的参数输出端与补偿时 钟产生电路(3-2)的参数输入端相连，补偿时钟产生电路(3-2)的定时信号输出端与像移补偿垂直 转移时序发生电路(3-3)的定时信号输入端相连，补偿时钟产生电路(3-2)的选择信号输出端与垂 直转移时序输出控制电路(3-4)的选择信号输入端相连，垂直转移时序输出控制电路(3-4)的垂直 转移时钟输入端一、垂直转移时钟输入端二分别与像移补偿垂直转移时序^:生电路(3-3)的垂直 转移时钟输出端和主时序发生器(2)的垂直转移时钟输出端相连,垂直转移时序输出控制电路(3-4) 的上、下部垂直转移时钟输出端分别与垂直驱动器(4)的上、下部垂直转移时钟输入端相连，水 平转移时钟输出控制电路(3-5)的左部水平转移时钟输出端与水平驱动器一(6)和水平驱动器四(9) 的水平转移时钟输入端相连，水平转移时序输出控制电路(3-5)的右部水平转移时钟输出端与水平驱动器二(7)和水平驱动器三(8)的水平转移时钟输入端相连，CCD信号处理时钟延时电路(3-6) 的CCD信号处理时钟输出到信号处理电路。
3、 根据权利要求1所述的支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特 征在于系统控制器(1)通过控制总线控制系统各部分协调工作，拍摄时CCD首先进入曝光 状态，此时相机快门开启，像移补偿时序发生器(3)根据系统控制器(1)的控制总线输出端 传来的像移速度信息每隔一定时间产生一次垂直转移时钟，该时钟被垂直驱动器(4)放大为 CCD垂直转移电平驱动CCD电荷包沿垂直方向移动，电荷包移动的速度与像移速度相同，实 现垂直方向的电子像移补偿；同时，像移补偿时序发生器(3)将主时序发生器(2)产生的水 平转移时钟转发给水平驱动器一 (6)、水平驱动器二 (7)、水平驱动器三(8)、水平驱动器四(9)来驱动CCD泄放垂直像移补偿时转移来的电荷；曝光结束后CCD进入连续输出状态，此 时相机快门关闭，像移补偿时序发生器(3)将主时序发生器(2)产生的输出垂直、水平转移 时钟转发给垂直驱动器(4)和水平驱动器一 (6)、水平驱动器二 (7)、水平驱动器三(8)、水 平驱动器四(9)来驱动CCD进行电荷输出；同时像移补偿时序发生器(3)将主时序发生器(2) 产生的信号处理时钟传送给信号处理电路以便对CCD输出信号进行放大、相关双采样、模数转 换和输出处理。
4、 根据权利要求1所述的支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特 征在于全帧CCD芯片(5)的左上和右上部垂直转移电平输入端被分为一组、左下和右下部垂直 转移电平输入端被分为一组，左上和左下部水平转移电平输入端被分为一组、右上和右下部水 平转移电平输入端被分为一组，各组进行独立驱动，这样便能控制各个象限电荷包的移动方向， 实现多种输出方式的灵活选择。
全文摘要
一种支持多种输出方式和电子像移补偿的全帧CCD驱动电路，其特征在于它由系统控制器、主时序发生器、像移补偿时序发生器、垂直驱动器、水平驱动器和全帧CCD芯片组成；曝光期间由像移补偿时序发生器产生像移补偿转移时钟，经垂直、水平驱动器放大后驱动CCD电荷包跟踪像移动，进行垂直方向的电子像移补偿；输出期间由像移补偿时序发生器将主时序发生器产生的垂直、水平转移时钟转发给垂直、水平驱动器驱动CCD进行输出；CCD四个角的转移时钟相位关系由像移补偿时序发生器独立控制。本发明支持CCD以多种方式输出和电子像移补偿，能满足不同场合对CCD帧频率的不同要求，克服传统光机像移补偿结构复杂、可靠性低等缺点。
文档编号H04N5/335GK101146184SQ20071017653
公开日2008年3月19日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者刘光林, 杨世洪 申请人:中国科学院光电技术研究所