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。

将12片自主研发的L3072UD型线阵CCD进行拼接，每片CCD的垂直转移脉冲（ΦP）、水平转移脉冲（ΦH1, ΦH2）和复位脉冲（ΦR）的驱动脉冲设计成相同的波形，通过电子快门的开启时间分别控制每片CCD的积分时间，且每3片CCD的驱动脉冲共用一个驱动，实现了一种12片CCD同时工作的光谱采集系统。将该系统应用于火花光谱仪，对样品的铜含量进行检测。实验结果表明，该CCD光谱采集系统能够实现2的铜含量检测精度，检测灵敏度高、通用性强，具有一定的推广应用价值。

为了验证二类超晶格红外探测器的性能,设计了探测器的驱动电路。因红外探测器的灵敏度高,设计了低噪声电源偏置电路,优化了电路板的布局。结合320×256长波红外焦平面组件特点设计的驱动电路为探测器组件提供电源与偏置电压、时序与控制信号。实验结果表明,该驱动电路能基本满足二类超晶格红外成像系统低噪声、高精度的要求。

为了实现对微小位移的高精度非接触测量，设计了一种基于线阵CCD的高精度位移传感器前端模块。运用激光三角测量法设计了光学镜头，利用FPGA产生线阵CCD所需的驱动时序，CCD输出的一维视频信号经过前置电路处理后得到稳定的模拟信号，供数字电路进行处理。系统具有结构简单、体积小、输出信号稳定、分辨率高、测量精度高等特点。实验测试表明，该传感器前端模块输出模拟信号稳定，干扰小，计算得到最大量程为±15 mm，精度可达到20 μm，能广泛应用于微小位移的精密测量。

为了获取高信噪比的图像, 采用紫外敏感型科学级光电探测器CCD47-20, 设计了可在特定紫外波段对燃料燃烧火焰进行快速曝光成像的紫外成像系统。CCD47-20具有较深的势阱, 可以保证成像系统的信噪比。然而对于此类CCD, 其曝光时间通常在200 ms以上。为了实现对目标的快速曝光, 在分析CCD47-20的性能及工作原理基础上, 设计了基于两次帧转移、一次水平读出的CCD驱动时序方法, 完成了成像系统的设计, 将CCD的曝光时间缩短至10 ms。在实验室对系统进行了辐照测试, 结果表明, 当曝光时间改变时, CCD响应度为线性, 验证了时序及驱动电路设计的正确性。信噪比测试结果表明系统信噪比达到46.8 dB。在外场, 对固体燃料火焰进行了成像, 获取了火焰在特定紫外波段的图像, 捕捉到了剧烈燃烧的火焰形状, 验证了紫外成像系统快速曝光的性能。

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度, 实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程, 利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列, 实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法, 掩模形状决定了帧速, 帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明, 通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后, 对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模, 基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证, 获得了14幅79 pixel ×79 pixel的图像, 其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。

CD的输出信号幅值变化情况，并利用Matlab对连续输出100帧图像的平均灰度值进行分析计算。结果表明：该方法有效地实现了CCD曝光时间的控制，且仅通过软件调节，易于实现，可以广泛应用于不带电子快门的帧转移型面阵CCD成像器件。

目前基于TDI 方式的电子像移补偿方法中曝光期间电荷包以行为步长进行转移，使电荷包移动和像移之间存在较大的非同步效应，降低了补偿效果。为了提高像移补偿效果，首先分析了目前基于TDI 方式的电子像移补偿方法中电荷包移动的离散性对补偿效果的影响，提出了一种改进的电子像移补偿方法，从而可以大大减小电荷包和像移之间存在的非同步效应，对比两种方法调制度，从理论上证明了其对补偿效果的提高作用。给出了改进式的电子式像移补偿方法的驱动时序图，通过室内模拟不同像移补偿实验进行了两种方法的验证，分别比较采用两种像移补偿方法图像的清晰度。结果表明，改进式电子像移补偿法图像调制度平均值47/96大于传统像移补偿法图像调制度平均值1/3，改进式像移补偿法图像清晰度平均值为0.550 2大于传统像移补偿法图像清晰度平均值0.475 3。可以看出，改进式的像移补偿方法相对于传统TDI像移补偿方法,效果明显改善。

为了克服不带电子快门的CCD成像探测器曝光时间无法控制的问题,提出了改变驱动时序的设计方法.在帧频确定的情况下,通过在水平读出之后增加电荷释放状态,将一帧之内多余时间段的电荷迅速排放掉,可以有效地控制CCD曝光时间,并克服CCD最小曝光时间为水平读出时间的问题.实验结果表明,大孔径静态成像光谱仪系统的抗饱和性能得到了很好的改善且此方法的非线性度为4.61%.

为了提高CCD的扫描速率并将其应用于百纳秒级瞬态超快现象的探测, 提出一种基于面阵CCD的高时间分辨的瞬态光谱测量方法, 并对其进行了实验验证.该方法采用帧存储的工作思路, 对面阵CCD的工作时序进行改进, 以实现高时间分辨率的探测.LED脉冲光实验结果表明, 探测帧频可达10 Mfps, 时间分辨率达到100 ns, 并且能够连续成像2 048次.该方法对扩展CCD在瞬态光谱检测领域的应用具有借鉴意义.