介绍了一种具有2×2像元合并功能的红外读出电路(10 m中心间距)。该电路兼具高分辨率和高帧频的特点，可以满足远距离搜索和近距离跟踪识别两种应用模式下的需求。像元合并前，读出电路的阵列规格为1280×1024，像元中心距为10 m，空间分辨率高，可用于近距离跟踪识别模式。像元合并后，阵列规格变为640×512，像元中心距变为20 m，灵敏度高，可用于远距离搜索模式。此外，这种电路采用串口输入控制方式，具有积分后读出(Integrate Then Read，ITR)/积分同时读出(Integrate While Read, IWR)工作模式切换、4/8通道可选、翻转和功耗控制等功能。本电路采用GF 018 m工艺进行设计。仿真结果表明，在像元合并后，读出电路可达到的最大帧频变为原来的2倍。
读出电路 像元合并 高分辨率 高帧频 circuit pixel binning high resolution high frame rate0
Author Affiliations
Abstract
1 College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Xi’an Satellite Control Center, Xi’an 710043, China
3 Tiansun Laboratory, Changsha 410073, China
4 School of Computer Science and Technology, Xidian University, Xi’an 710071, China
5 College of Electronic Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
6 Hunan Institute of Traffic Engineering, Hengyang 421099, China
For speckle-correlation-based scattering imaging, an iris is generally used next to the diffuser to magnify the speckle size and enhance the speckle contrast, which limits the light flux and makes the setup cooperative. Here, we experimentally demonstrate a non-iris speckle-correlation imaging method associated with an image resizing process. The experimental results demonstrate that, by estimating an appropriate resizing factor, our method can achieve high-fidelity noncooperative speckle-correlation imaging by digital resizing of the raw captions or on-chip pixel binning without iris. The method opens a new door for noncooperative high-frame-rate speckle-correlation imaging and benefits scattering imaging for dynamic objects hidden behind opaque barriers.
speckle correlation image resizing pixel binning Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031101
吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130021
星载CO2成像光谱仪具有图谱合一、高空间分辨率、高时间分辨、非接触和长期监测的优点，已成为监测全球温室气体变化的重要手段之一。为解决大视场因入射狭缝较大，信噪比低，成像质量不佳的问题，文中对Offner成像光谱仪的光学系统初始结构设计提出了一种新方案。该方案基于在30 mm狭缝处发出的子午光线、弧矢光线在中心波长处相切，提高入射光线在整个光谱范围内的利用率。利用光学设计软件，设计在1594~1619 nm波段范围内，F数为2.5，光谱系统分辨率为0.1 nm的成像光谱仪。设计结果表明，点列图均方根（RMS）半径小于5 μm，系统在33 lp/mm处的传递函数优于0.7。此外，该系统采用像元合并（即扩展像元）的方法，进一步提高光谱信号的探测强度，该设计方案能够满足应用于星载CO2成像光谱仪大视场、高光谱分辨率和高信噪比的遥感探测需求。
成像光谱仪 光学设计 短波红外 凸面光栅 像元合并 imaging spectrometer optical design short infrared convex grating pixel binning 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220431
吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林长春130021
为解决弱光环境下月球着陆粗避障环节成像不清晰的问题，提出了“区域”像元合并和去除相机本底值两种图像预处理方法，来提高探测器的成像灵敏度和图像信噪比与对比度。在分析传统像元合并实现原理的基础上，提出了一种针对n_taps成像数据格式的“区域”像元合并方法。根据月球着陆粗避障环节中大尺度障碍识别的特点，通过去除相机本底值来提高图像的对比度。最后，利用宽、窄视场两款相机分别对像元合并、去除相机本底值以及两者结合的方法进行了重复性实验。实验结果表明，在弱光环境下，结合像元合并与去除相机本底值的方法可有效提高图像的信噪比与对比度，2_Binning模式下宽视场相机的信噪比可提高5.901 4 dB、对比度可提高0.254 7，窄视场相机的信噪比可提高5.764 4 dB、对比度可提高0.265 4；4_Binning模式下宽视场相机的信噪比可提高11.689 9 dB、对比度可提高0.210 2，窄视场相机的信噪比可提高11.401 5 dB、对比度可提高0.284 0。
弱光探测 像元合并 相机本底值 多项式拟合 weak light detection pixel binning camera background value polynomial fitting 光学 精密工程
2021, 29(11): 2539
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
在火星矿物光谱分析仪中采用模拟4像元合并,可以使仪器应对深空探测中的复杂环境,从而达到高信噪比与高动态范围的要求。提出了一种新型CDD片上2×2像元合并的驱动方法,并验证了其输出的合理性。针对e2v CCD 47-20芯片,研究了CCD结构并设计了行方向与列方向2像元合并的方法,使之可以通过FPGA控制生成驱动波形。基于CCD片上放大器的结构,通过仿真其行方向两元输出模拟信号模型,得到了四阶梯模型。均匀光照射实验结果表明,得到的4-binning模式下CCD输出信号与仿真结果一致,验证了理论的正确性。其输出电压在600 mV以下范围内表现出了良好的线性变化趋势,证明该方案的合并结果是精确可靠的。
电荷耦合器件 像元合并 片上放大器 charge coupled device pixel binning on-chip amplifier
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所， 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学， 安徽 合肥 230026
星载差分吸收光谱仪中的科学级帧转移型电荷耦合器件(CCD)通常使用四行像元合并(4-Binning)方法提升载荷的信噪比，但该方法仅能工作在目标光强较弱的环境。为使载荷适应目标光线较强的环境，设计了数字像元合并方法(4-AVR)来提升载荷的探测能力。考虑相对常规的4-Binning方法，4-AVR方法会产生CCD信号衰减现象，故对这一现象进行了理论分析，得到由于CCD读出速率导致的信号衰减系数为0.699。在实验室搭建了测试装置，验证了上述结果，结果表明，4-AVR方法下获取的CCD像素值相对于4-Binning方法获取的像素值的衰减系数为0.698，从而证实了理论分析的正确性。实验显示，使用这一系数可完成对4-AVR方式下获取的像素值的校正，从而实现两种方法的无差别化。将校正方法作为载荷一级数据处理的一部分，进行了大气痕量气体的反演测试。结果表明数字像元合并方法可保证大气痕量气体的反演精度，进一步验证了数字像元合并方法的可靠性。
星载光谱仪 差分吸收光谱仪 电荷耦合器件 像元合并 数值校正 space-borne spectrometer differential absorption spectrometer CCD pixel binning data correction
大连海事大学信息科学技术学院， 辽宁 大连 116026
为了解决超高分辨率CCD成像系统焦平面测光时间过长的问题，提出了一种焦平面测光的加速方法。该方法使用像素合并技术提高像素读取速度，将当前积分时间和系统最小积分时间的比值作为像素合并的行数，使用成像系统的最小积分时间成像，读出合并图像并计算其灰度直方图和灰度均值，为后续自动曝光算法提供依据。该方法在对积分时间和像素读出时间显著压缩的同时不影响图像平均灰度和直方图分布的获取。经实验，该方法可将测光时间缩短到一般情况的30%以下，可广泛应用在超高分辨率CCD成像系统的焦平面测光过程中，以此来提高自动曝光控制的速度。
探测器 超高分辨率 测光 像素合并 自动曝光 激光与光电子学进展
2012, 49(11): 110401
