一种探测器的时序控制方法

1.本发明涉及探测器的时序控制技术领域，具体涉及一种基于高可靠性应用的面阵探测器的时序控制方法。


背景技术：

2.二维面阵探测器与一维线阵成像探测器相比，输出的图像是以帧为单位的，而不是以行为循环周期的，感光的像素不仅存在列，还存在不同的行。面阵探测器输出的一帧图像，存在多个重复的读出行，还存在读出操作前的曝光操作。由于在不同的曝光时间范围内，工作的时序不同，工作时序复杂，容易出现设计错误。若在时序设计过程中处理不当，可能引起探测器内部工作异常，导致输出异常的图像。


技术实现要素：

3.本发明为解决现有探测器的时序控制过程中，在不同的曝光时间范围内，工作的时序不同，工作时序复杂，容易出现设计错误；引起探测器内部工作异常，导致输出异常的图像等问题，提供一种探测器的时序控制方法。
4.一种探测器的时序控制方法，该方法的实现过程为：
5.将探测器的帧周期划分为读出阶段和曝光阶段；
6.设定所述读出阶段的长度不随曝光时间变化，曝光阶段的长度与曝光时间相关；
7.当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为恒定的曝光工作时序所需的最小长度；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为曝光时间与固定曝光处理操作时间之和；
8.设定读出操作处理信号lp_ctrl_n的高电平长度为n+1个读出行周期长度加上曝光工作时序所需的最小长度再加上固定的曝光处理操作时间；当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则所述读出操作处理信号lp_ctrl_n的上升沿对应一帧的计时起点位置；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出操作处理信号lp_ctrl_n的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间减去曝光工作时序所需的最小长度；
9.当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间与固定曝光处理操作时间之和；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间加上固定曝光处理操作时间；
10.当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光复位起始信号rst_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光工作时序所需的最小长度加上固定曝光处理操作时间后减去曝光时间；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光复位起始信号rst_fval的上升沿对应一帧的计时起点位置。
11.本发明的有益效果：
12.1、本发明所述的时序控制方法中，将整个帧周期划分为读出阶段和曝光阶段，这样方便确定不变量和变化量，减少出错可能性。
13.2、本发明所述的时序控制方法中，以一帧的计时起点作为各时序信号共同的参考基准，这样便于保证各信号之间的相互相位关系。
14.3、本发明所述的时序控制方法中，将曝光时间长度于曝光工作时序所需的最小长度进行比较，从而形成不同信号的电平长度和计时起点位置，避免时序出错。
附图说明
15.图1为本发明所述的一种探测器的时序控制方法中探测器成像系统的原理框图。
16.图2为本发明所述的一种探测器的时序控制方法中曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度的原理图。
17.图3为曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度的原理图。
具体实施方式
18.结合图1至图3说明本实施方式，一种探测器的时序控制方法，该方法通过图1所示的探测器的成像系统实现，所述成像系统括相机控制器、成像控制器供电芯片、成像控制器、探测器供电芯片、多谱段探测器、可擦写的主备flash、prom、mram、cameralink芯片、cameralink连接器、2711芯片和2711连接器；
19.所述相机控制器接收外部输入的一次电源，产生所需的各种供电电源；同时接收外部输入的秒脉冲，以及通过1553总线与外部进行通信；
20.相机控制器通过422通信信号与成像控制器通信，并为成像控制器提供秒脉冲，同时通过经成像控制器供电芯片向成像控制器提供供电电源。成像控制器向多谱段探测器提供驱动控制信号，并经过探测器供电芯片向多谱段探测器提供供电电源，同时接收多光谱探测器输出的串行图像数据。
21.所述成像控制器同时连接加载配置数据源prom和可擦写的主备flash，同时连接mram进行校正系数的更新和每次摄像前校正系数的加载。成像控制器可根据选择，经cameralink芯片和cameralink连接器输出图像数据，也可以经过2711芯片和2711连接器输出图像数据。
22.该控制方法的实现过程为：
23.首先，将整个帧周期划分为读出阶段和曝光阶段。所述读出阶段的长度不随曝光时间变化，仅与读出的行数相关。
24.所述曝光阶段的长度与曝光时间相关，当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为恒定的曝光工作时序所需的最小长度；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为曝光时间与固定曝光处理操作时间之和。
25.其次，设定读出操作处理信号lp_ctrl_n的高电平长度为n+1个读出行周期长度加上曝光工作时序所需的最小长度再加上固定的曝光处理操作时间；当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则lp_ctrl_n的上升沿对应一帧的计时起点位置；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则lp_ctrl_n的上升沿距离一帧的计时
起点的长度为曝光时间减去曝光工作时序所需的最小长度。n为一帧中读出的行数。
26.当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度，为曝光时间与固定曝光处理操作时间之和；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间加上固定曝光处理操作时间。
27.当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光复位起始信号rst_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度，为曝光工作时序所需的最小长度加上固定曝光处理操作时间后减去曝光时间；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光复位起始信号rst_fval的上升沿对应一帧的计时起点位置。
28.本实施方式中，还包括对时序正确性的检测；
29.首先，曝光时间长度的检测；
30.当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿与曝光复位起始信号rst_fval的上升沿的间隔时间为曝光时间长度；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿与曝光复位起始信号rst_fval的上升沿的间隔时间减去固定的曝光处理操作时间为曝光时间长度。
31.若所述曝光时间长度与预期的曝光时间长度不符合，则设计存在异常；
32.然后，对读出阶段长度及时序的检测；
33.读出阶段长度，对应n+2个读出行周期长度；其中读出使能信号rd_fval的高电平，对应n个读出行周期长度，同时对应n个读出行地址；也对应n个行同步脉冲信号vsync；读出使能信号rd_fval的上升沿，超前行同步脉冲信号vsync一个像素时钟周期长度。；
34.若与上述状态不符合，则设计存在异常。
35.最后，对曝光阶段长度及时序的检测；
36.当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为恒定的曝光工作时序所需的最小长度；该帧中的行同步脉冲信号vsync的首个上升沿滞后曝光复位起始信号的上升沿一个像素时钟周期长度。
37.当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为曝光时间与恒定的曝光处理操作时间之和；该帧中的行同步脉冲信号vsync的首个上升沿滞后曝光复位起始信号rst_fval的上升沿为恒定的曝光处理操作时间加上一个像素时钟周期长度。
38.本实施方式中，成像控制器供电芯片采用510的dcdc模块；探测器使用长光辰芯公司的面阵探测器；相机控制器主要采用dsp芯片；成像控制器主要采用上海复旦微电子公司的成像控制器和刷新芯片；探测器供电芯片主要采用ti公司的ldo；2711芯片采用tlk2711芯片；2711连接器采用四川华丰的微同轴连接器；cameralink芯片采用ds90cr287；cameralink连接器采用3m公司的mdr26连接器；可擦写的主备flash采用复旦微的产品；prom采用xilinx公司的产品；mram采用771所的产品。

技术特征：
1.一种探测器的时序控制方法，其特征是：该方法的实现过程为：将探测器的帧周期划分为读出阶段和曝光阶段；设定所述读出阶段的长度不随曝光时间变化，曝光阶段的长度与曝光时间相关；当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为恒定的曝光工作时序所需的最小长度；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为曝光时间与固定曝光处理操作时间之和；设定读出操作处理信号lp_ctrl_n的高电平长度为n+1个读出行周期长度加上曝光工作时序所需的最小长度再加上固定的曝光处理操作时间；当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则所述读出操作处理信号lp_ctrl_n的上升沿对应一帧的计时起点位置；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出操作处理信号lp_ctrl_n的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间减去曝光工作时序所需的最小长度；当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间与固定曝光处理操作时间之和；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光时间加上固定曝光处理操作时间；当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光复位起始信号rst_fval的上升沿距离一帧的计时起点的长度为曝光工作时序所需的最小长度加上固定曝光处理操作时间后减去曝光时间；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光复位起始信号rst_fval的上升沿对应一帧的计时起点位置。2.根据权利要求1所述的一种探测器的时序控制方法，其特征在于：对曝光时间长度进行检测；当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿与曝光复位起始信号rst_fval的上升沿的间隔时间为曝光时间长度；当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则读出使能信号rd_fval的上升沿与曝光复位起始信号rst_fval的上升沿的间隔时间减去固定的曝光处理操作时间为曝光时间长度；若所述曝光时间长度与预期的曝光时间长度不符合，则设计存在异常。3.根据权利要求1所述的一种探测器的时序控制方法，其特征在于：对读出阶段的长度及时序进行检查；设定读出阶段长度对应n+2个读出行周期长度；其中，读出使能信号rd_fval的高电平对应n个读出行周期长度，同时对应n个读出行地址，并对应n个行同步脉冲信号vsync；读出使能信号rd_fval的上升沿超前行同步脉冲信号vsync一个像素时钟周期长度，n为一帧中读出的行数；若所述读出阶段的长度及时序与上述状态不符合，则设计存在异常。4.根据权利要求1所述的一种探测器的时序控制方法，其特征在于：对曝光阶段长度及时序进行检查；当曝光时间长度小于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为恒定的曝光工作时序所需的最小长度，该帧中的行同步脉冲信号vsync的首个上升沿滞后曝光复位起始信号rst_fval的上升沿一个像素时钟周期长度；
当曝光时间长度大于等于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为曝光时间与恒定的曝光处理操作时间之和；该帧中的行同步脉冲信号vsync的首个上升沿滞后曝光复位起始信号rst_fval的上升沿为恒定的曝光处理操作时间加上一个像素时钟周期长度。5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种探测器的时序控制方法，其特征在于：该控制方法通过探测器的成像系统实现，所述成像系统包括相机控制器、成像控制器供电芯片、成像控制器、探测器供电芯片和多谱段探测器；所述相机控制器接收外部输入的一次电源，产生供电电源；同时接收外部输入的秒脉冲，并通过1553总线与外部进行通信；所述相机控制器通过422通信信号与成像控制器通信，并为成像控制器提供秒脉冲，通过成像控制器供电芯片向成像控制器提供供电电源；所述成像控制器向多谱段探测器提供驱动控制信号，并经探测器供电芯片向多谱段探测器提供供电电源，接收多光谱探测器输出的串行图像数据。6.根据权利要求5所述的一种探测器的时序控制方法，其特征在于：所述成像系统还包括与所述成像控制器同时连接加载配置数据源prom和可擦写的主备flash，并连接mram进行校正系数的更新和每次摄像前校正系数的加载；所述成像控制器选择经cameralink芯片和cameralink连接器输出图像数据，或经过2711芯片和2711连接器输出图像数据。

技术总结
一种探测器的时序控制方法，涉及探测器的时序控制技术领域，解决现有探测器的时序控制过程中，由于工作的时序不同，工作时序复杂，容易出现设计错误；引起探测器内部工作异常，导致输出异常的图像等问题，本发明方法中，将整个帧周期划分为读出阶段和曝光阶段。读出阶段的长度不随曝光时间变化；当曝光时间长度低于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为恒定的曝光工作时序所需的最小长度；当曝光时间长度大于曝光工作时序所需的最小长度时，则曝光阶段的长度为曝光时间与曝光处理操作时间之和。本发明将曝光时间长度于曝光工作时序所需的最小长度进行比较，从而形成不同信号的电平长度和计时起点位置，避免时序出错。错。错。


技术研发人员：余达 司国良 魏君成 梅贵 宁永慧 石俊霞 刘春香
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/16