基于FPGA的CCD漂移扫描成像控制技术的研究

发布时间：2020-04-17 02:10

【摘要】：随着光电技术的发展,由于CCD具有小体积、成本低、重量轻的特点,现如今在光电成像和检测领域应用的越来越广泛。相对于CMOS图像传感器,CCD在灵敏度、噪声控制、分辨率等多个方面都有很大的优势。半导体集成技术的提高,为国防建设以及在科学研究中如何更快更好的获取光电信息提供了技术支持。为了空间碎片检测和目标识别方向更好的发展,对于CCD及其漂移扫描技术的研究就显得越来越有必要。如今对于在天文观测方面的要求的增多,传统模式下CCD累积露光观测模式无法完全满足要求,成像的精确度不够,并且也无法同时对多个目标进行同时观测,而这时候用到CCD漂移扫描模式就可以很好的解决问题。本论文所做的工作内容如下:1.介绍了 CCD及漂移扫描的发展现状,对CCD及漂移扫描的工作原理及相关的技术进行了简述。介绍了 CCD的结构和分类,阐述了 CCD漂移扫描技术的原理,在CCD的线阵和面阵中间从结构和功能上做出分类,对CCD漂移扫描模式和凝视模式这种做出了对比,简单的对CCD漂移扫描成像技术方案进行了说明。2.在CCD漂移扫描成像技术方案下,设计了 FPGA的时序电路板,板子的主要功能是在FPGA为主核心,输出和控制CCD的时序信号。主要是为了能精确控制CCD并行转移脉冲频率,使CCD电荷转移速度与运动目标像点在CCD感光面上的运动速度一致。内容上从APA600-PQ208型号的FPGA的选取,板子的电源模块,周围电路和输出信号部分做了设计部分的说明。3.软件部分,用VHDL语言在软件Xilinx ISE设计CCD47-20的驱动时序,根据CCD47-20对各个信号的要求,依据方案,查看示意图对时序产生的顺序和原理做了解释,对于各阶段时序进行设计。4.在对FPGA时序板进行调试和用ISE软件对编写的时序进行仿真之后,连通电路,通过JTAG将写好的程序烧入到FPGA电路板内,在示波器上观察是否显示波形,输出的波形是否与要求波形一致。无误之后,把需要的FPGA时序板加入整个系统内,做实验来验证CCD漂移扫描成像技术对比凝视模式下的优势。实验结果表明,通过对比CCD漂移扫描模式和凝视模式下目标在静止和运动中的图像,发现图像在信噪比和能量集中度方向比在凝视模式下更好,误差更小。
【图文】：

电荷,叠加过程,移线,取数据

ＣＣＤ漂移扫描技术，也称作ＴＤＩ读出技术，主要利用电荷转移的方式，用时逡逑序方面的电路来转移并且沿着行方向串行读取数据的速度，并行的速度和目标漂逡逑移线速度基本相当匹配。下图１－３和１－４所示就是传统上ＣＣＤ凝视观测的模式和逡逑ＣＣＤ漂移扫描下看到的电荷叠加过程中出现的不同。逡逑．＊邋＊邋＊°ｓ邋°邋：邋：邋Ｉ邋：邋：邋ｒ：邋？邋ｓ邋％邋：邋＊逡逑１１邋１１邋１１邋！邋Ｕ邋１邋１１邋１邋Ｍ邋Ｍ邋１逡逑：：：：＾邋ｉ邋ｐ邋ｊ：：：：、：：逡逑ｍｒｉ邋ｉｒｐＴｉＴｉＴｉ邋ｒｎ逡逑二二二．ｓ邋ｒ邋Ｉ邋！邋ｉ邋：：邋Ｉ邋Ｉ邋二■、＝二逡逑１邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｍ邋ｕ邋Ｉ邋１邋Ｍ邋１邋１邋ＩＩ邋！逡逑图１－３凝视模式下的ＣＣＤ电荷累积逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋ＣＣＤ邋ｃｈａｒｇｅ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｓｔａｒｉｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑３逡逑

电荷,叠加过程,移线,取数据

ＣＣＤ漂移扫描技术，也称作ＴＤＩ读出技术，，主要利用电荷转移的方式，用时逡逑序方面的电路来转移并且沿着行方向串行读取数据的速度，并行的速度和目标漂逡逑移线速度基本相当匹配。下图１－３和１－４所示就是传统上ＣＣＤ凝视观测的模式和逡逑ＣＣＤ漂移扫描下看到的电荷叠加过程中出现的不同。逡逑．＊邋＊邋＊°ｓ邋°邋：邋：邋Ｉ邋：邋：邋ｒ：邋？邋ｓ邋％邋：邋＊逡逑１１邋１１邋１１邋！邋Ｕ邋１邋１１邋１邋Ｍ邋Ｍ邋１逡逑：：：：＾邋ｉ邋ｐ邋ｊ：：：：、：：逡逑ｍｒｉ邋ｉｒｐＴｉＴｉＴｉ邋ｒｎ逡逑二二二．ｓ邋ｒ邋Ｉ邋！邋ｉ邋：：邋Ｉ邋Ｉ邋二■、＝二逡逑１邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｍ邋ｕ邋Ｉ邋１邋Ｍ邋１邋１邋ＩＩ邋！逡逑图１－３凝视模式下的ＣＣＤ电荷累积逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋ＣＣＤ邋ｃｈａｒｇｅ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｓｔａｒｉｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑３逡逑
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TN791

【参考文献】