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1、高帧频面阵CCD探测器应用技术研究第25卷第1期2006年2月红外与毫米波J.InfraredMi11im.WavesVo1.25,No.1February,2006文章编号:1001—9014(2006)O1—0050一o6高帧频面阵CCD探测器应用技术研究王跃明,刘银年(中国科学院上海技术物理研究所,上海200083)摘要:分析了高帧频帧转移面阵CCD的工作机制,设计了驱动电路和信号处理电路,获得了帧频为130帧/秒的高清晰图像,并提出了一种采用遮光板来提高帧频的新方法.该方法将帧频提高到了400帧/秒,具有较高的有效曝光比,并进一步改善了图像的质量.关键词:高帧
2、频;帧转移;电荷耦气器件;有效曝光比中图分类号:TN29.722.4文献标识码:AAPPLICATIONSOFHIGHFRAMERATECCDDETECTORSTECHNOLOGYWANGYue—Ming,LIUYin-Nian(ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200083,China)Abstract:Theoperationmechanismofhighframerateframe?transferCCDa.n-aywasanalyzed.Drivercirc
3、uitsandsignalprocessingcircuitsweredesigned.TheimagewithhighvisibilitywasacquiredbytheCCDworkingon130los.Anewmethodtoimprovetheframerateswaspresented.Themethodintroducesalight-proofboard,andithashigherratioofef-fectiveexposure,thustheframerateisraisedupto400fps.Hence,thequalityoftheimag
4、eisimproved.Keywords:highframerate;frame,transfer;CCD;ratioofeffectiveexposure引言CCD(ChargeCoupledDevice)面阵探测器在天文观测,空间遥感,光谱探测等光电成像领域得到了广泛的应用¨J.在一些特殊的领域,如碰撞试验摄影,动物生态学研究等,高帧频面阵CCD成为关键组件,高帧频CCD应用技术研究十分重要.面阵CCD探测器的工作帧频不仅取决于CCD电荷转移的工作频率,还受限于CCD探测器的总像元数.VCCD512H和VCCD1024H是像元数分别为512×512和1024×10
5、24,采用同样结构和工艺的两款CCD,其最高工作帧频分别为400fps和150fps.本文将VCCD1024H作为成像探测器展开高帧频面阵CCD应用技术研究.1高帧频面阵CCD探测器VCCD1024H是背照型帧转移CCD,具有高灵敏度低噪声等优点,具体性能参数见表1.在结构上分为2个感光区,2个存储区,32个串行读出寄存器,对称分布,整个CCD被分成32个子阵列,每个阵列占512×64个像素单元,各子阵列并行工作,芯片结构如图1所示.图2是CCD的信号读出示意图.其中A1,A2,A3为CCD感光区控制时序,B1,B2,B3为存储区控制时序,cl,c2,c3为串行读出控
6、制时序.Reset为片内CDS电路的复位脉冲,CLAMP为CDS电路的嵌位信号,SAMPLE为CDS电路的采样信号.VR,VGSF,VSSF,VDD为CCD工作的所需要的偏置电压.OUT为CCD芯片输出的视频信号,信号处理电路对视频信号进行相关处理,A/D转换后由图像采集处理系统进行处理.帧转移CCD工作帧频的上限取决于帧转移的速度和串行读出的速度.帧转移时间是CCD工作帧频的一个关键影响因素.尽管VCCD1024H已经采用了双边驱动,也就是驱动信号从存储区和感光区的两侧同时驱动.但是存储区和感光区的多晶硅线性电阻R和电容c需要足够的充电和放电时间,其RC时间常数决定
7、了帧转移的速度+对于双边驱动的情况,驱动信号在CCD的中间区域最差,因为中间收稿日期:2005?10?05,修回日期:2005?12-22Receiveddate:2005-10-05.reviseddate:2005-12-22作者简介:王跃明(1977.),男,安徽黄山人,上海技术物理研究所助研,博士,主要从事光电技术与系统研究.1期王跃明等:高帧频面阵CCD探测器应用技术研究51像元的驱动信号经过了更长距离的传输.VC.CD512H的帧转移时钟上限是4MHz,而VC.CD1024H因为有更多的像元,帧转移时钟是1MHz.与帧转移相比,串行读出的
