专利名称：空间行间转移面阵ccd相机漏光现象实时消除装置的制作方法
技术领域：
本发明属于空间相机技术领域，涉及一种空间相机的漏光实时消除装置。
背景技术：
随着航空航天技术的飞速发展，大面阵画幅式CCD相机以其高分辨率，大视场的优势成为航空航天相机的主要发展方向。在几种面阵CCD结构中，行间转移面阵CCD具有无拖影，转移速率快，拥有电子快门功能等特点，特别适合于目标捕获与识别，资源勘查，地质测绘等工作，但是在行间转移面阵CCD工作期间，会产生漏光现象，对成像质量造成影响。漏光是当CXD图像传感器传输信号电荷时发生的一种噪声，也是面阵CXD图像传感器特有的噪声。当拍摄对象中含有高亮度的光线或太阳光时容易出现漏光，在图像中表现为高亮度的部分上下方可看见线状或带状白色的噪声。漏光出现在高亮度拍摄对象的上下方向，其形成原因是强光照射到摄影区域中的像素时会发生漏光电荷，漏光电荷与垂直CCD传输的信号电荷混合在一起。由于有效信号电荷转移完毕的空白的垂直CCD中，残留着持续发生的漏光电荷，这些漏光电荷与后续帧有效信号电荷混合，结果导致连续帧内漏光出现在摄影区域的上、下方，从而形成线状或带状的漏光噪声，看起来像垂直拉出的线条。行间转移面阵C⑶漏光产生的主要原因包括1、从光电二极管开口入射的光，不仅有入射角度与表面垂直的成分。由于光具有波动的性质，通过开口的光具有扩散的能力，即使在读出栅极附近边缘或是相反侧，也会进行少量的光电转换。此处发生的电子，沿着光电二极管与垂直CCD之间的电势分布进入垂直CCD，成为漏光电荷。2、在光电二极管的开口边缘，即Si基板表面等不同折射率的边界处进行反射、散射的光进入垂直(XD，此处产生的电荷也会导致漏光。3、在掩埋型光电二极管的表面，P+区域发生的电子在表面扩散，漏往相邻垂直 CCD的电荷也会导致漏光。4、由于垂直CXD进行遮光的AL薄膜有缺陷，漏入的光线也会导致漏光发生。目前常用的漏光抑制方法有一、调节电子快门信号时序漏光现象的严重程度取决于CCD的曝光时间，曝光时间越长，高亮度目标区域的信号电荷越多，漏光现象越严重。通过辐射定标实验，寻找漏光现象出现时的高亮度目标对应的数码值作为参考值，调节电子快门信号，使图像输出的数码值保持在低于参考值的情况下，从而达到抑制漏光现象的目的。具体电子快门调节方法流程见
图1 :CCD成像器件输出的模拟信号经过视频AD芯片量化后送入图像处理模块；图像处理模块计算每帧图像灰度均值，并将其与参考值进行比较，再根据比较结果给出反馈信号；图像处理模块输出的反馈信号一路送入驱动信号控制单元，以改变空间相机电子快门数量，一路送入视频AD芯片以调整增益。针对空间相机所处的特殊环境，图像处理模块根据每帧图像灰度均值与参考值的比较结果给出反馈信号，控制电子快门信号时序，以调整积分时间控制CCD光敏单元曝光度，当图像灰度均值接近参考值，而继续调整电子快门档位将超出参考值引起超调震荡时， 通过增益调整，使灰度均值满足参考范围。通过增益控制，可以减少电子快门档位调整时可能产生的超调震荡。调节电子快门的方法可以有效缓解漏光现象，但是不能单纯依靠电子快门方法，过低降低图像灰度，会影响相机动态范围，降低信噪比。二、后续数字图像处理方法在图像中完全消除漏光信号的影响，只能通过后续数字图像处理的方法，目前常用的数字图像处理方法是通过主要是在目标检测之后剔除虚假目标时，采用去除目标拖尾上的虚假目标来实现。步骤1 对于输入图像F的每一列，计算每列图像的灰度平均值。步骤2 对于图像F的每一个像素，按公式1计算出消除漏光后的图像灰度矩阵g(i，j)。
权利要求
1.一种空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于包括采集面阵CCD有效像素区域感应的原始图像数据的装置；提取面阵CCD暗像元区域漏光信号数码值的装置；图像数据校正装置利用从面阵CCD暗像元区域提取的漏光信号数码值对原始图像相应列数据进行校正，得到去除漏光信号后的图像数据。
2.根据权利要求1所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于所述提取面阵CCD暗像元区域漏光信号数码值的装置包括一滤波器，所述滤波器对从面阵CCD暗像元区域提取的漏光信号进行滤波，消除噪声，然后将滤波后的结果送到图像数据校正装置，由图像数据校正装置利用滤波后的结果中包含的漏光信号数码值对原始图像相应列数据进行校正。
3.根据权利要求2所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于所述的滤波器采用快速中值滤波器；所述的快速中值滤波器包括第一存储区，第二存储区，分频器，排序器，第一寄存器组，第二寄存器组；所述第一存储区将图像像素时钟作为写入时钟，存储从面阵CCD暗像元区域提取的N行图像数据；分频器将图像像素时钟倍频后，作为第一存储区的读取时钟；排序器按相同列的原则读取第一存储区内的图像数据，按相同列像素数码值由小到大的顺序进行排序生成一个新的N行图像数据，新的N行图像数据写入第二存储区；第一寄存器组从第二存储区中读取前N列的图像数据，并由排序器按相同行像素数码值由小到大的顺序进行排序，按排序的结果更新第一寄存器组，而后排序器按对角线上像素数码值由小到大的顺序进行排序，取出中间值；同时第二寄存器组从第二存储区中读取第二列至第N+1列的图像数据，并由排序器按相同行像素数码值由小到大的顺序进行排序，按排序的结果更新第二寄存器组，而后排序器按对角线上像素数码值由小到大的顺序进行排序，取出中间值；排序器将中间值输出到图像数据校正装置后，第一寄存器组和第二寄存器组清零；然后，第二存储区按乒乓结构将第三列至第N+2列图像数据赋值给第一寄存器组，将第四列至第N+3列图像数据赋值第二寄存器组，由排序器继续对第一寄存器组和第二寄存器组中的像素数码值进行行排序和对角线排序取出中间值，将中间值输出到图像数据校正装置；如此类推，直至完成整个N行图像数据的中值排序及中间值输出；图像数据校正装置利用中间值中包含的漏光信号数码值对原始图像相应列数据进行校正，得到去除漏光信号后的图像数据。
4.根据权利要求1、2或3所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置， 其特征在于所述图像数据校正装置包括一减法器；减法器将漏光信号数码值从与漏光信号同列的原始图像像素数码值中减去，得到去除漏光信号后的图像数据。
5.根据权利要求4所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于所述图像数据校正装置还包括比较器和加权平均运算单元；比较器将漏光信号数码值与饱和阈值进行比较，若漏光信号数码值小于饱和阈值，则漏光信号数码值送入减法器，由减法器将漏光信号数码值从与漏光信号同列的原始图像像素灰度值中减去，得到去除漏光信号后的图像数据；若漏光信号数码值大于饱和阈值，则漏光信号数码值送入减法器，由减法器将漏光信号数码值从与漏光信号同列的原始图像像素灰度值中减去后，再由加权平均运算单元利用发生漏光现象区域的左右区域像素数码值进行加权平均得到校正后的图像数据。
6.根据权利要求5所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于所述加权平均运算单元利用式(3)得到去除漏光信号后的图像数据；
7.根据权利要求4所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于图像数据校正装置包括减法器、比较器和加权平均运算单元；比较器将漏光信号数码值与饱和阈值进行比较，若漏光信号数码值小于饱和阈值，则漏光信号数码值送入减法器， 由减法器将漏光信号数码值从与漏光信号同列的原始图像像素灰度值中减去，得到去除漏光信号后的图像数据；若漏光信号数码值大于饱和阈值，则由加权平均运算单元利用发生漏光现象区域的左右区域像素数码值进行加权平均得到校正后的图像数据。
8.根据权利要求7所述的空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，其特征在于所述加权平均运算单元利用式(4)得到去除漏光信号后的图像数据；
全文摘要
本发明涉及一种空间行间转移面阵CCD相机漏光现象实时消除装置，该装置包括采集面阵CCD有效像素区域感应的原始图像数据的装置；提取面阵CCD暗像元区域漏光信号数码值的装置；图像数据校正装置利用从面阵CCD暗像元区域提取的漏光信号数码值对原始图像相应列数据进行校正，得到去除漏光信号后的图像数据。本发明利用从暗像元区域提取的漏光信号对原始图像数据相应列进行校正，计算量小，实时性好。并且由于漏光信号能够准确地代表高亮度区域产生的漏光电荷，在保证不改变CCD工作条件的情况下，很好地消除了漏光现象。
文档编号H04N5/359GK102316283SQ201110272780
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者任建岳, 张宇 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所