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1、资料整理自互联网，版权归原作者！欢迎访问www.XinShiLi.net新势力单片机、嵌入式 中 国 科 学 院 上 海 天 文 台 年 刊2004年 第25期 ANNALSOFSHANGHAIOBSERVATORYACADEMIASINICANo.25,20043一种基于CCD的白天激光光束的监视方法1,2111王 斌 张忠萍 杨福民 陈菊平(1.中国科学院上海天文台,上海200030;2.中国科学院研究生院,北京100039)提 要介绍了采用曝光时间小于10的高速CCD以及相应的图像卡成功实现白天强背景光下实时显示激光束的方法,该
2、方法可以有效提高卫星激光测距的白天测距能力。主题词:卫星激光测距—CCD—视频查找表(LUT)分类号:P228.51 引 言在发射光路和接收光路分离的卫星激光测距仪中,发射激光光束与接受光轴保持平行很困难。在晚上观测,我们可以通过微光电视监视激光束,在白天观测,背景太亮,激光束不可见,即使晚上调整好光路,也可能因温度变化等原因造成库德光路和激光束的偏移,这是白天测距困难的原因之一。激光在经过大气层的过程中,由于大气分子和气溶胶等粒子的存在会发生散射现象,产生一部分与激光传播方向相反的散射光,我们将这种现象称为激光后向散射,正是由于存在后向散射,
3、激光光束才可能在CCD上成像。后向散射的激光非常弱,对于曝光时间在毫秒量级的普通CCD,由于背景光特别强,背景光容易使CCD饱和,无法辨别出激光束图像。必须采用特殊性能的CCD,采用特殊的处理方法,才能将激光光束的后向散射光在强背景下分离出来,成像在CCD上,以便监视和控制激光光束方向。本实验采用了具有外触发功能的曝光时间在微秒量级的CCD,它对波长为500纳米左右的光谱响应强度最大。为了避免背景光使CCD饱和,利用激光点火信号同步外触发信号,通过电路控制CCD使其在激光的后向散射光到达CCD之前打开快门,曝光时间很短,大大增加了信噪比。另外,我
4、们采用了修改视频查找表方法进一步抑制背景光,提高成像亮度。2 实验方法本实验中,我们采用进口的具有微秒量级曝光时间的CCD,通过程序编程由RS-232C串收稿日期:2004204216; 修回日期:20042052093国家自然科学基金项目(10373022)资助课题。资料整理自互联网，版权归原作者！欢迎访问www.XinShiLi.net新势力单片机、嵌入式 64中国科学院上海天文台年刊 2004年行口设置CCD的工作模式、曝光时间等。该CCD主要特性见表1:表1CCD主要性能参数Table1Themainperfor
5、manceparametersofCCD光敏感面大小/cm1.27像元大小(/μm)及形状8.37, 正方像素782(水平)×582(垂直)分辨率767(水平)×580(垂直)读出最短曝光时间/s1/917000单通道全帧读出时间/s1/30双通道全帧读出时间/s1/60该CCD有标准模式和随机触发模式两种模式。标准模式没有外触发,CCD连续采集图像。随机触发模式又分为负脉冲前沿触发模式和脉冲宽度控制触发模式两种。负脉冲前沿触发模式是外部电路输出一个负脉冲打开CCD快门开始曝光,曝光时间长短由软件来控制;脉冲宽度控制触发模式的开门方式与负脉冲前沿
6、触发模式相同,脉冲的后沿来临之时结束曝光,也就是说由脉冲宽度来控制曝光时间。本实验采用了负脉冲前沿触发模式。外触发信号由激光点火信号经延时器延时后的输出信号来同步,其脉宽为0.2μs～1ms,该信号触发内部HD(CCD装置内部时序的一个标准时间单位)复位,并打开快门CCD开始曝光,曝光结束后CCD内嵌芯片将生成WEN(写使能)信号,该信号标志着图像信号开始输出,在该帧图像没有完全读出之前新的外触发脉冲不会被响应。该CCD有两种输出模式:单通道模式,由一个输出端口输出图像信号;双通道模式,两个通道同时分别输出图像阵列的奇行和偶行,再用软件的方法合并
7、成一帧图像。在本实验中使用单通道输出就可以满足实验要求,所以采用了单通道输出模式。工作在单通道输出模式下的时序如图1所示,图中的曝光时间可通过程序调整。图1CCD工作时序图Fig.1FigureofCCDworkingsequenceCCD输出的是模拟信号,必须通过图像采集卡才能由计算机接受。由于激光器的最高工作频率为8Hz,所以要求图像采集卡每秒钟采集10帧图像就足够了,我们使用的FlashBus资料整理自互联网，版权归原作者！欢迎访问www.XinShiLi.net新势力单片机、嵌入式 第25期 一种基于CCD的白天激光
8、光束的监视方法65TMMVProPCI图像采集卡在单通道输出模式下,每秒钟可采集并转换30帧图像,主要特性见表2。表2 图像采集卡主要特
