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一文读懂CCD图像传感器的帧频

在这篇文章中,将先容CCD图像传感器的帧频,为了考试测验把它说清楚,我将分成三个要点来谈。

CCD的帧频

•以每秒孕育发生的帧(即单个图像)为单位进行度量,

•可以适应特定系统的要求

•受总读出光阴加上曝光光阴的限定,或者,假如可能同时进行读出和积分,则仅受读出光阴的限定。

行间传输CCD的帧频

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在本文中,我们将以安森美半导体的1600×1200像素行间传输CCD KAI-2020为例,仔细钻研帧频与像素读数之间的关系。

一、像素与有效像素

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首先,必须明确的一点是,传感器的指定分辨率并不表示必须转移到输出节点的像素总数。KAI-2020被称为1600×1200像素传感器,但仅指有效像素。如下图所示,系统还必须读出许多终极图像中将不包孕的像素。

暗像素、缓冲像素和虚拟像素未合并到此图像中,但它们仍会影响总读取光阴。该图取自KAI-2020产品数据表

二、单输出与双输出

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请留意,上图为水平读出供给了两种选择:单输出,此中一行中的所有像素都向左计时;双输出中,一行的一半向左,而另一半则向右。这是前进帧频的一项紧张技巧,由于可以在一半光阴内读取一行。然则,它带来了新的寻衅:系统的数字部分必须能够处置惩罚两个并行的像素数据流,并且必须实施某种匹配策略以补偿两个模拟旌旗灯号链中的变更。要知道,两个输出并不是上限,例如,KAF-50100(同样是安森美半导体的50兆像素全画幅CCD)就有四个输出。

经由过程结合两个双向水平移位寄存器来实现四输出操作。该图取自KAF-50100产品数据表。

三、总读出光阴

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为了确定交付图像所需的光阴,我们必要将像素读出历程分化为不合的阶段:

1.所有光电二极管将其积分电荷传输到垂直移位寄存器中。

2.一行转移到水平移位寄存器。

3.水平时钟使行中的每个像素经由过程电荷放大年夜器在芯片别传输。

4.重复步骤2和3,直到读取所有行中的所有像素。

下图直不雅地显示了此历程。

该图取自KAI-2020产品数据表。当V1正常脉冲且V2出现较高幅度的脉冲时,就会发生光电二极管电荷转移。这之后是一个延迟(tL),然后V1和V2上的正常脉冲将第一行传输到水平移位寄存器中。接下来,发生水平读出,然后传输第二行,然后发生相同的水平读出,依此类推,直达到到图像数据的末端(在这种环境下,为行1214)。下图指定了行时序,即,旌旗灯号活动与上一张图中代表水平读数的灰色阴影区域相对应。

图取自KAI-2020数据表 只管必要花费一些光阴,然则您可以经由过程将读出准时的每个元素相加来准确地谋略出读出持续光阴。例如,假如水平移位时钟的频率为40 MHz,则采纳上面所示的实现措施,一行的读取光阴(tL)为tVCCD + tHD +(25 ns×1644)+ 12.5 ns。假如将其乘以行数并加上光电二极管电荷转移所需的光阴,则就可以知道总读出光阴的和是若干。

影响最大年夜帧频的身分

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纵然数据表指定了帧频,懂得读出准时的细节仍旧很紧张,由于特定利用法度榜样的最大年夜帧频会受到许多操作特点的影响。此中包括应用合并,施加到水平移位寄存器的时钟频率以及选择单输出照样双输出。

此外,诸如KAI-2020之类的CCD具有"行转储"(line dump)功能,它的感化与名称所暗示的差不多--你可以一举丢弃整条行,从而避免所有通历水平移位寄存器传输单个像素所需的时钟周期。假如你做了大年夜量的"行转储",那么最大年夜帧频将大年夜大年夜增添。

原则上,像素不能随意丢弃,但假如为了特定的要求不得不这么做,那另当别论。

结论

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经由过程以上的先容,信托你对若何经由过程反省传感器数据表中的时序图和其他信息来确定CCD的帧频已经有了一个清晰的熟识。

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