[其他]利用場的交替對電荷藕合器件成象幀頻閃爍的抑制

在審

• 申請號: 101985000009667
• 申請日: 1985-12-21
• 公開（公告）號: CN85109667B
• 公開（公告）日: 1988-08-24
• 發明（設計）人: 彼得·艾輪·萊文
• 申請（專利權）人: 美國無線電公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹濟洪;何關元

在使用ＣＣＤ成象器的電視攝象機中采用逐場行交替掃描時會伴隨有幀頻閃爍產生。這種幀頻閃爍可歸因于各場黑電平的變化。采用了分開設置的奇數場直流恢復電路和偶數場直流恢復電路來抑制幀頻閃爍。

本發明涉及在隔行掃描取樣的相繼場中檢測輻射能圖象用的電荷耦合器件（CCD）成象器，特別涉及對這類成象器所產生的視頻信號的幀頻閃爍的抑制。

作為CCD成象器的輸出提供的視頻信號樣品通常是交流耦合到在行回掃時間期間準備箝位到規定的直流電位的直流恢復電路上的。在行回掃的部分時間內，即CCD成象器輸出信號準備加以箝位的那段時間內，輸出信號是處于黑電平的。交流耦合通常是采用電阻性耦合，在該耦合中，視頻信號樣品通過隔直流電容器出現在耦合電阻上。耦合電阻可以是，例如，某一放大器的輸入電阻。在直流分量恢復的過程中，該耦合電阻由一個阻值較小的箝位電阻岔路。歷來都知道，與隔直流電容器有關的RC時間常數和箝位電阻除以箝位利用因數（以下稱“箝位時間常數”）是控制幀頻閃爍可見度的一個重要因數。

頻率高于掃描行頻的噪聲分量在進行黑電平箝位的行回掃的短短的時間內幅值相當大。對這些疊加在黑電平上的噪聲分量所進行的箝位是對這些分量取樣并保持這些分量，使它們的持續時間擴大到整個行掃描時間。這會在整個電視圖象上產生一般亮度的水平拖尾（streak）變化，即所謂“拖尾干擾”（streak noise）。通常的作法是使RC時間常數變為多個行時間那么長，以便通過積分減少拖尾干擾。但這樣做會產生與其有關的不希望有的副作用。當箝位時間常數比行時間較長時，幀頻閃爍現象變得更為突出。

本發明人認為，引起幀頻閃爍的根源通常有兩種形式。第一種形式是在一組交替場的光轉換效率與另一組交替場不同的場合。這使靜止圖象樣品相繼場中相應的電荷包在其光響應分量的幅值方面有所不同。這種幀頻閃爍往往可通過使圖象信號累積的時間間隔的持續時間在所有各場都相同來減少。在實踐中，這通常是通過辦兩件事來完成的。首先，使各場轉換時間的時間間隔正好等于一個場時間，同時所有場的間的長度都完全相同。其次，加到各交替場中各圖象寄存器門電極的積分電壓應能使各場的收集效率都相等。在任何情況下，這種幀頻閃爍可通過局部調節各交替場中的增益加以消除，而且實際上這種消除調節往往會隨時間而穩定。

第二種幀頻閃爍不太明顯，是由兩組交替場彼此不同的實際黑電平引起的。在直流恢復箝位過程中由場轉換式或行間轉換式CCD成象器提供的黑電平樣品是由對輸出行寄存器進行過掃描產生的。就是說，令輸出行寄存器（其順次各電荷轉換級并聯有掃描線的電荷包負載），依次以象素掃描頻率向前計時。輸出線寄存器的向前計時持續一段適當長的時間，長得足以從其輸出端口不僅可以串行提供該行電荷包的取樣圖象，而且還可隨之提供一系列已在整個輸出寄存器長度上計時的空勢阱（empty well）。空勢阱通過行寄存器的持續時間較短（在廣播電視的標準操作中約為53微秒），因而用以收集累積著的暗電流的時間不夠，當然，該空勢阱不具有光生電荷分量。

在行正程（line trace）期間計時到CCD成象器輸出級各電荷包的光響應分量所疊加的黑電平含有相當多的暗電流。伴隨各光響應包含在黑電平中的累積電流有兩個分量：一個是直流分量，在圖象信號累積時間內累積在圖象寄存器中，另一個是階梯分量，累積在圖象轉移與圖象讀出之間的場存儲寄存器中。在各交替場每次存儲在場存儲寄存器中時，半行差促使兩個場的各暗電流分量稍微有些差別（約0.2%）。更具有重要意義的是，CCD成象器輸出信號中的黑電平系疊加到較大的計時信號上。此時鐘饋通（clock feedthrough）可達全勢阱（full-well）響應的四倍。在比全勢阱響應少20分貝的情況下，10%左右的幀頻閃爍會是時鐘饋通的千分之一。因此，時鐘饋通在交替場的小差別會在對來自CCD成象器的輸出信號樣品進行加工的過程中產生可覺察到的幀頻閃爍。這種時鐘饋通上的差別可能是由于交替場中圖象寄存器上的靜電荷分布形式不同所致。上述第二種幀頻閃爍實際上是難以理解和難以克服的，其所提出的作用原理如剛談到的那樣，是涉及到較大輸入信號的差組合以分離出較小的輸出信號的作用原理，實際上是造成該幀頻閃爍持續發生的原因。