高分辨率TDICCD視頻信號的分時采樣量化和精確采樣控制

摘 要：在高分辨率TDICCD視頻成像系統中，對于高速視頻處理器芯片的性能指標和成像效果獲取需要對成像系統視頻處理器的參數設置、系統噪音類型以及處理技術進行細致的分析和研究，設定與之相應的可以起到輔助分析的功能，從而實現高分辨率TDICCD視頻信號的分時采樣量化和精確采樣控制的功能，使信噪比指標得到提高。

關鍵詞：高分辨率；TDICCD；視頻信號；分時采樣量化；采樣

TDICCD是一種以線陣方式進行工作的面陣CCD，它是通過多個級別積分來延長曝光時間，從而促進信噪比得到提升。技術人員開始對視頻信號進行采樣時，會有計劃性的應用到時間延遲概念，并將其運用到視頻信號處理器中，對輸入的信號在時間周期上進行分隔，可以至少采用兩路AD來實現分時采樣的量化處理，量化之后把最后的采樣處理結果進行輸出，這對于視頻處理器的工作效率提升是有著極其重要的促進作用的，同時也可以適當延長信號AD量化所花費的時間，有利于提高結果的準確性。

1 TDICCD成像系統的視頻處理技術

對于高分辨率TDICCD成像系統來說，它對于量化位數的要求較高，一般最低是在12bits以上，而且信號的處理速度也很快。它所輸出的視頻信號，會在交流耦合、前置放大器、信號相關雙采樣、電平信號放大等作用下經過量化處理后，最后所形成的數字量再輸出到數據處理單元中，實現對數據的處理和整合。通過大多數情況下的調查可知，相關雙采樣、信號放大、AD量化都是會在視頻處理器中進行集成的，可以大大降低系統的噪聲。

1.1 噪聲類型和處理方法

1.1.1 散粒噪音

散粒噪音是一個綜合性概念，其由兩種形式組成，即暗電流散粒噪聲和光子散粒噪聲，兩者的產生原因也有較大差別，對于前者而言，半導體內部在工作中所出現的熱運動會產生載流子，這種載流子會在填充勢阱的過程中，受到驅動脈沖的影響，在輸出端的位置形成一種暗電流，需要注意的是，這個載流子是具有隨機性質的，因此，它還缺少較好的補償方法[1]。此外，在高分辨率TDICCD成像系統的運行中，對于積分級數的控制也很重要，一旦顯示的是M，則信號的電荷量大小就會有所提高，至少是M倍，并且也會帶動噪聲提高M1/2；只要積分級數發生了變化，也就是出現了上升，就表示它是可以確保信噪比指標得到提高的，基于此，對于視頻處理器來說，它的內部電路就必須具備有很好的噪音性。

1.1.2 讀出噪聲

讀出噪聲也是涵蓋有兩項內容，即復位噪聲和輸出放大器噪聲。對于兩者進行分析時，前者噪聲主要是由于晶體管的充電放電導致的，因為開始對信號電荷進行檢測時，是需要對晶體管的電源進行復位的，復位的對象是它的電源，復位后基準電壓就得以恢復，于此也就帶來了復位噪聲；而后者的噪聲主要是指低頻白噪聲，這與低頻放大器的寬度大小有密切關系，那么在CDS補償作用下，就可以對讀出噪聲和放大器噪聲起到抑制作用。

1.1.3 固定圖形的噪聲類型

常見的這種噪音類型有暗電流噪音、轉移噪音等等，而暗電流噪聲從其實質上來看屬于是TDICCD固有的噪聲，它與暗電流的密度、積分時間等有密切關系，只要TDICCD工作運行溫度的降低，就可以對暗電流的密度進行有效控制，進而可以得到相關的暗場早噪聲，因此，對于技術人員來說，在對像元級暗場噪聲進行補償時就可以采用圖像處理技術來實現，補償得到確保后再對其進行校正，還不能忽視的是，它的像元響應自身很欠缺均勻性，可以通過圖像處理來實現補償，另外，對于TDICCD轉移噪聲來說，對于其的內涵可以視為一種固定圖形式的類型，在對TDICCD的電荷包信號進行轉移時，會出現有部分的電荷殘留，而且這種殘留成分涵蓋了整個層次，不同層所產生的原因也有很多種，包括電路設計存在較大缺陷、系統的干擾或者是器件自身性能存在有較大問題所導致的，這也是其隨機性的主要原因。通過實際研究可知，轉移噪聲主要包括陷阱損失和自由電荷轉移損失兩部分，前者主要與CCD材料有關，后者則是信號電荷包。

1.2 對于相關雙采樣技術指標的分析

從其實際應用來看，它主要是通過兩個高速“采樣保持器”和一個“差分放大器”來最終完成信號采樣的。在這兩個“采樣保持器”中，第一個主要是負責對信號偏置信息的采樣，第二個是對信號的“偏置以及視頻信號值”進行采樣；而對于“差分放大器”來說，它的功能是可以對信號的差值進行需要性的放大處理，所提到的“相關”指的是兩次采樣之間的間隔時間要盡可能短，這與偏置電平的穩定性有關[2]。

它作為提高視頻處理器性能的主要技術形式之一，它所受到的影響因素有很多，從實際調查可知，常見的有CDS工作頻率、采樣位置精確度等等。從TDICCD成像的作用原理來講，在對其進行設計時就對視頻信號的處理器性能有一定要求，主要集中在速度和精度上，兩者的要保持和成像技術要求的相吻合，那么文章就以LM98640芯片為主來分析。它所采用的是時間延遲法，在這種方法下可以把所輸入的視頻信號間隔開來，使之成為兩路部分，這樣會對芯片的作用頻率和速度起到影響作用，這時就需要嚴格控制和管理內部寄存器程序，在控制作用下可以完成1/64像元周期的采樣間隔的精確調節。除此之外，鉗位電平的采樣位置也可以利用指令的形式來體現控制，最后就能獲取較為精確的鉗位電平。

2 對于LM98640的程序管理

文章所講的高分辨率TDICCD成像系統，它的控制時序和數據采樣有一定的特殊性，不能簡單盲目的進行，大多數情況下是離不開FPGA的，對于模塊化的設計和調用，可以順利實現對芯片功能所包含參數的串行配置[3]。

首先，程序執行上電后參數的初始化，在FPGA的RAM兩種形式中，它擁有LM986401的所有最初始的參數數據。此外，在它的運用下還能夠順利的讀入SDO斷口數據信息，不會出現遺漏。在初始化結束之后，還要根據指令的形式，遵循指令內容的要求，合理設施實際工作參數信息，并及時回到最初的遙測狀態。

其實，在對圖像信息進行采集時，需要依據圖像數據的輸出方式和數據格式。在這一過程中需要考慮到數據的隨路時鐘并處于常輸出的狀態，因此，FPGA的內部中，就不能采用流水線的設計形式，否則就會導致圖像數據中的最后1bit丟失，除此之外，還可以通過FPGA的內部RAM進行控制，控制的作用是為了滿足異步時鐘的數據采樣處理，滿足系統運行的可靠性需求。

3 結束語

對于高分辨率TDICCD系統來說，LM98640的視頻處理效果高效且迅速，并且它的芯片預設功能也可以較為簡單便捷的實現，沒有過多復雜的程序，整個過程人工參與的量很少，通過實際的應用分析可知，它是具有一系列優勢的，可以在高分辨率TDICCD成像系統中發揮不可忽視的作用。

參考文獻

[1]寧永慧.高分辨力TDICCD高速視頻處理技術[J].光電工程，

2015，42（12）：82-88.

[2]劉妍妍，韓雙麗.TDI CCD視頻響應性能的高精度檢測[J].電子技術應用，2012，38（8）：37-38.

[3]石俊霞，郭永飛.航天高速TDICCD相機視頻信號采樣技術[J].光電工程，2011，38（9）：13-18.