基于CDS技术的CCD噪声信号处理

在CCD信号采集系统中,当CCD像元读出频率较高时,其复位噪声已成为CCD噪声源中不可忽视的重要部分.针对CCD输出噪声特点,建立噪声传输函数及其分析模型,利用相关双采样(CDS)技术对CCD输出信号中的复位噪声进行了理论分析和相关测试.结果表明,只要选择合适的采样时间,可以最大限度地抑制复位噪声.     

应用于海洋观测的TDI-CCD驱动电路的设计

面阵CCD及线阵CCD不能胜任海洋目标观测的要求,选用具有高信噪比高灵敏度的时间延迟积分CCD(Time delay integration CCD, TDI-CCD)作为 探测器并实现其驱动电路。在图像采集过程中,TDI-CCD探测器使用两个读取端口输出。 该探测器驱动电路产 生TDI-CCD和A/D的驱动时序。CCD的模拟输出信号被A/D采样,转换成可被计算机识别 的数字信号。采用FPGA作为主控芯片,产生驱动时序,接收被A/D转换过的数字信号, 并发送图像至计算机。利用相关双采样(Correlated double sampling, CDS)技术滤除TDI-CCD模 拟输出信号的相关噪声,提高信号的信噪比。现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)代码在ISE14.7下进行仿真,实验表明,研制的TDI-CCD驱动电路能够产生CCD要求的驱动时序。     

CCD图像传感器件的输出噪声及其处理电路研究

本文首先分析了CCD图像传感器件视频信号的读出过程和复位噪声的产生机理,在此基础上,对相关双取样(CDS)技术的基本原理及其对CCD输出噪声的滤除作用进行讨论,最后给出了两例可实际应用的CDS电路,说明其工作原理,并利用EDA软件protel99 se进行了仿真测试研究.     

基于类对比度的CCD相关双采样自适应技术

相关双采样技术作为CCD视频信号标准预处理技术之一,能有效地抑制CCD复位噪声。双采样时钟位置是相关双采样技术中的关键参数。针对自动确定采样时钟位置这一问题,提出了类对比度评价函数,通过固定场景改变信号采样时钟位置和复位采样时钟位置,最大化类对比度评价函数,自动确定CCD相关双采样时钟位置,并对类对比度作为评价函数的原理进行了详细的论证。为了验证算法的有效性,设计了验证平台。实验表明:该方法能够有效地确定相关双采样时钟的位置,而且算法确定的位置不稳定度低至3%,对不同亮度具有较强的鲁棒性,同时该方法相对于传统方法能够有效提高获取图像的信噪比。     

大幅度CCD输出信号降噪的相关双取样电路

电荷耦合器件(CCD)的输出信号构成复杂,包含有典型的KTC、1/f等类型的噪声,需要进行专门处理后才能获得与入射光信号相对应的高信噪比信号。文章针对具有较大幅度的CCD输出信号,采用宽电压工作的独立运放满足幅度较大的信号处理要求;通过在同一个运算放大器上实现噪声保持及信号采样的形式,消除了不同通道增益差异对信号的影响,获得了较高线性度的信号处理效果;同时结合CCD驱动器的设计,获取相关双取样技术所需的采样及保持脉冲信号,增强了采样与CCD输出信号间的关联程度,从而进一步提高了相关双取样技术消除CCD噪声的效果。采用这种信号处理电路后,将原来噪声处理的水平从约22 mV提高到了约1 mV,并且在一种精密的位移测量系统中得到应用,最后就具体电路设计的难点及注意事项进行了阐述。     

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

基于CPLD的面阵CCD驱动

为实现对面阵CCD的驱动,采集实时图像,设计了电源驱动和数据转换系统。系统采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）对一款薄型背照式面阵CCD进行驱动。使用Verilog硬件描述语言（HDL）编写CPLD控制模块,控制CCD的信号采集、信号转移和信号传输。根据CCD的数据手册,设计CCD所需的电源,以便对其进行驱动。利用A/D芯片中的相关双采样（CDS）特点,对输出的视频信号进行处理,过滤视频信号中的复位噪声和1/f等低频噪声,提高系统的信噪比。该系统采用CPLD作为核心控制器件,充分利用了CPLD高速并行且"可编程"的特点,和CCD对环境变化的高度敏感,使得信号采集和传输的速率均较快,且输出视频信号稳定。     

高速高清CCD自适应相关双采样技术

相关双采样技术被广泛地应用于CCD 视频采集,能够有效地消除复位噪声,白噪声等CCD输出噪声。但是当CCD 工作在高帧频状态下,需要高速的输出数据,由于像素时钟较快会出现采样位置不稳的情况。文中采用自适应相关双采样技术,可以自适应地调整采样脉冲的相位,使相关双采样的两个采样脉位于合理的采样位置,能够正确地采集像素信息。采用自适应调整CCD 相关双采样位置的技术,能使高清高速CCD 在像素频率很高的情况下,也能稳定地工作,输出高质量的图像。     

Focal-Plane Signal and Noise Model–CTIA ROIC

A method for electrooptical sensor focal plane signal-to-noise analysis is developed, which consists of coupling a reset-integrator-sampler readout model to a focal plane unit cell detector-preamp model. The combined readout integrated circuit (ROIC) model may be used to evaluate the signal and noise of visible or infrared focal plane arrays that use sample-and-hold, correlated double sampling (CDS), or other sampling schemes. The analysis developed here clears up the considerable confusion regarding CDS operation by elucidating how CDS operates on both signal and noise and explains the dependence of output 1/f noise on integration and epoch times. The reset-integrator model is then coupled to a capacitive transimpedance amplifier (CTIA) preamp model, and signal and noise formulas for imagers with CTIA-CDS ROICs are developed and used to evaluate the signal and noise of example scanning and staring focal plane arrays.     

Theoretical analysis and optimization of CDS signal processingmethod for CCD image sensors

The correlated double sampling (CDS) signal processing method used in processing of video signals from CCD image sensors is theoretically analyzed. The CDS signal processing is frequency used to remove noise, which is generated by the reset operation of the floating diffusion charge detection node, from the signal. The derived formulas for the noise power spectral density provide an invaluable insight into the choice of the circuit parameters affecting the noise spectrum. The obtained results are useful for determining the optimum cutoff frequency of the low-pass filter which precedes the sample-and-hold circuit and for finding the optimum size of the input transistor in the first amplifier stage. Once the optimum parameters are determined it is possible to find the minimum electron equivalent noise and the maximum signal-to-noise ratio achievable with this signal processing method. The validity of the derived theoretical results is confirmed by making comparisons with the experimental data     

CCD视频信号处理电路应用分析

首先对ＣＣＤ输出信号特性进行简要描述,然后针对ＣＣＤ信号存在复位噪声,对相关双采样法进行细致分析。为了改善视频图像,需要对图像的对比度和亮度进行调节,提出了可编程增益控制和数字化偏置控制方法。另外,对暗电子平自动和Ａ／Ｄ模数转换也进行比较深入的研究。ＸＲＤ４４６０是ＣＣＤ视频处理专用集成芯片,它包含了上面所述的所有功能。本文已成功地将ＸＲＤ４４６０ＣＣＤ视频信号处理与用芯片应用于遥感ＣＣＤ相机中,     

几种相关双采样拓扑电路分析

相关双采样法在ＣＣＤ视频信号处理领域中被广泛使用,它不仅能有效地消除ＫＴＣ噪声,而且能够抑制低频噪声和宽带白噪声。文章对双δ法、四δ采样法（ＦＤＡ）、微分平均法、四δ法（ＦＧＡ）、双微分平均法五种相关双采样拓扑结构的电路进行研究,其中重点对双δ法的传输函数和抑制噪声能力进行了计算和分析。     

CCD应用中数据取样技术的研究

分析了 Ｃ Ｃ Ｄ 视频信号读出时复位噪声的产生机理,并从噪声互消原理出发,分析了 Ｃ Ｃ Ｄ 输出视频信号的取样技术———相关双取样,讨论了相关双取样技术的工作原理及其对 Ｃ Ｃ Ｄ读出噪声（ 包括复位噪声和１／ ｆ 噪声等低频噪声） 的滤除作用,给出了相关双取样技术在实际应用中的电路实现,讨论了相关双取样技术的扩展形式———相关四取样技术。     

Drift reduction in ion-sensitive FETs using correlated double sampling

A discrete-time technique, correlated double sampling (CDS), as a method to reduce drift during ion-sensitive field effect transistor (ISFET) operation is presented. The CDS technique exploits switched capacitors to resolve low-frequency signal errors such as drift and 1/f noise, which are generated by an ISFET and its readout. In conjunction with post-processing, experimental results confirm drift reduction using this technique.     

CCD类成像器件的噪声研究

CCD图像传感器的输出信号是空间采样的离散模拟信号,其中夹杂着各种噪声和干扰。对CCD信号进行处理的目的就是在不损失图像细节的前提下,尽可能地消除噪声和干扰,以提高信噪比,获取高质量的图像。为此,必须对CCD的噪声种类和特性有所了解,并针对各种噪声进行相应的去噪处理。所以对CCD成像器件噪声部分的研究,有利于提高CCD成像器件的分辨率,也能提高探测微弱光的能力。     

Research on high-speed TDICCD remote sensing camera video signal processing

Video signal processing needs high signal-to-noise ratio (SNR) in high-speed time delay and integration charge coupled devices (TDICCD). To solve this problem, this article first analyzes the characteristics of the output video signal of a new type of high-speed TDICCD and its operation principle. Then it studies the correlation double sample (CDS) method of reducing noise. Following that a synthesized processing method is proposed, including correlation double sample, programmable gain control, line calibration and digital offset control, etc. Among the methods, XRD98L59 is a video signal processor for the charge coupled device (CCD). Application of this processor to one kind of high-speed TDICCD with eight output ports achieves perfect video images. The experiment result indicates that the SNR of the images reaches about 50 riB. The video signal processing for high-speed multi-channel TDICCD is implemented, which meets the required project index.     

Analysis and reduction of signal readout circuitry temporal noisein CMOS image sensors for low-light levels

In this paper, analytical noise analysis of correlated double sampling (CDS) readout circuits used in CMOS active pixel image sensors is presented. Both low-frequency noise and thermal noise are considered. The results allow the computation of the output RMS noise versus MOS transistor dimensions with the help of SPICE-based circuit simulators. The reset noise, the influence of floating diffusion capacitance on output noise and the detector charge-to-voltage conversion gain are also considered. Test circuits were fabricated using a standard 0.7 μm CMOS process to validate the results. The analytical noise analysis in this paper emphasizes the computation of the output variance, and not the output noise spectrum, as more suitable to CDS operation. The theoretical results are compared with the experimental data     

基于TDA8783的CCD视频信号处理技术

根据CCD输出视频信号的特点,分析并设计了CCD相机视频信号处理方案;使用集成了相关双采样电路(CDS)、增益控制电路(AGC)、箝位电路、模数转换器(ADC)等功能的CCD信号处理芯片TDA8783对视频信号处理电路进行了详细设计,对该处理过程进行了详细的研究和分析.最后,简单总结了视频处理电路中应注意的问题.     

一种基于单片机的可控成像系统设计

基于彩色面阵CCD传感器设计的高速实时图像采集系统,以信号处理芯片CXD3172AR为核心,可实现输出标准PAL／NTSC格式的视频信号,具有自动白平衡、自动曝光、缺陷补偿等功能,并构建优化的模拟前端电路（包括相关双采样和自动增益控制）大幅度提高了采集数据的信噪比。根据DSP芯片具有参数化控制的特点,通过单片机实现与DSP的特殊通讯传输协议来配置DSP参数,并使用外部开关控制完成各种信号处理功能。通过仿真调试,该电路很好地实现了图像采集和控制功能。     

4路长积分时间CCD成像电路的设计与实现

基于CCD47-20和CCD55-30探测器设计了一种4路探测器成像电路。由于积分时间长,该系统可以在弱光条件下实现高灵敏度成像。建立了探测器的驱动电路模型,分析了CCD探测器对驱动的要求,以选择合适的驱动芯片;在分析探测器噪声特性的基础上,通过相关双采样法和合理的滤波器设置抑制了电路噪声。针对4路探测器信号处理电路之间的串扰问题进行了分析和对比,为合理的PCB布局布线提供了参考。该成像电路与商用镜头搭配使用后已成功获取了微光条件下的低噪声外景图像。