Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
204 Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов
г•
4
1Iwt
Itvx
Рис. 7.16. Схемы считывания информации с ПЗС-анализаторов: а — кадровая; б — строчная; в — строчно-кадровая
накопление зарядов, а в секции хранения 2 происходит параллельный перенос по строкам (или по столбцам) в выходной регистр 3 и затем на выходной диод 4, т.е. происходит последовательный вывод строки (столбца) изображения. Так как заряды от каждого элемента области Накопления, соответствующие освещенностям этих элементов, проходят через области расположения других «элементарных» зарядов, то к каждому из них добавляется заряд, генерируемый под воздействием излучения в предыдущих элементах. Это вызывает смаз изображения, который проявляется в виде тянущихся за изображением «хвостов». Амплитуда смаза уменьшается с ростом отношения tH/tc, где tB — вре-"кя накопления, a tc — время переноса (считывания) столбца или строки. Для борьбы со смазом используются высокочастотная фильтрация, схемы компенсации и ряд других приемов.
При строчной схеме считывании (рис. 7.16, б) на каждую из строк оптической секции 3 (секции накопления) через ключи 2 выбора строк, управляемые сдвиговым регистром 1, работающим от генератора сдвигающих импульсов, подаются импульсы сдвига зарядов. Сигналы из каждой горизонтальной строки считываются последовательно в вертикальный выходной регистр 4, управляемый от генератора сдвигающих импульсов. Из регистра 4 сигнал выхода подается на выходной диод 5. Заряды от каждой строки проходят разное число разрядов выходного регистра, поэтому для получения видеосигнала, соответствующего распределению освещенности по поверхности оптической секции, сигналы /вых с отдельных строк должны вводиться в систему отображения с задержкой по времени, пропорциональной номеру строки.
При строчно-кадровой схеме считывания изображения (рис. 7.16, в) область накопления состоит из столбцов фоточувствительных элементов 1 (или строк), между которыми находятся защищенные от падающего на эту область потока сдвиговые регистры 2. Заряды на-
205 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
капливаются в фоточувствительных элементах и затем переносятся параллельно в соседние ячейки сдвиговых регистров 2. Во время накопления следующего кадра эти заряды из 2 выносятся в выходной регистр 3. Время накопления в такой схеме в 2 раза больше, чем в схеме кадрового переноса, при одинаковой частоте считывания кадра, но пространственное разрешение или эффективность использования падающего потока хуже из-за необходимости размещать в плоскости изображения экранированные сдвиговые регистры. В такой схеме в то же время не возникает смаза изображения.
В матричных анализаторах с последовательным переносом зарядов удается сравнительно просто реализовать принцип временной задержки и накопления (интегрирования), который состоит в следующем.
Если в схеме, представленной нарис. 7.16, б, перемещать изображение относительно матрицы в вертикальном направлении, т.е. перпендикулярно строкам, то можно добиться того, чтобы сдвиг накапливаемых зарядов по этому направлению совпадал по направлению и скорости со скоростью движения изображения. При этом накопление зарядов, соответствующих одним и тем же участкам изображения, происходит в одних и тех же по порядку зарядовых пакетах, но в различных строках. Это позволяет увеличить время накопления при исключении смаза изображения. Считывание каждой строки в выходном регистре должно происходить с соответствующей задержкой. В таких системах удается увеличить отношение сигнал/шум в число раз, равное корню квадратному из увеличения времени задержки (см. ниже, § 8.1).
Достоинствами ПЗС-линеек и матриц как анализаторов, кроме отмеченных выше, являются высокое разрешение, достигающее 10.. .15 мкм при общем числе элементов в линейке порядка IO3 и в матрице (5102)х(5102), достаточно большое быстродействие, малые размеры, масса и энергопотребление, большой срок службы.
Одним из принципиальных недостатков ПЗС-анализаторов является невозможность осуществления произвольного закона выборки сигналов с отдельных элементов линейки или матрицы, поскольку в них производится последовательный съем сигналов с отдельных строк или столбцов. От этого недостатка в значительной степени свободны приборы с зарядовой инжекцией (ПЗИ), в которых в отличие от ПЗС перенос заряда происходит между электродами в каждой отдельной их паре без сдвига всех зарядовых пакетов к одному общему выходу.
Матрица ПЗИ имеет координатную выборку. При выходе из строя какого-либо элемента ПЗИ на изображении, воспроизводимом после
206 Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов
получения видеосигнала, образуются темные или светлые точки, а не полосы, как в ПЗС. Однако большие выходные емкости столбцов ПЗИ приводят к возрастанию шумов и усложняют прием слабых сигналов из строк. Такие анализаторы гораздо инерционнее ПЗС. Несмотря на эти недостатки ПЗИ-анализаторы непрерывно совершенствуются и в ближайшее время могут найти широкое применение в ОЭП.
