3 CCD輸出信號的采集

　　CCD器件輸出的原始信號中除了有用的信號外，還夾雜著各種噪聲和干擾，主要有光子噪聲、散粒噪聲、暗電流噪聲、復位噪聲以及輸出噪聲等，而影響最大的是復位噪聲。通過理論及實驗可知，相關雙采樣是消除復位噪聲最有效的方法之一。其原理是利用復位噪聲在同一像素周期內近似為常數，因此，只要把同一像素周期內的參考電平和信號電平進行兩次采樣，再進行相減，即可消除復位噪聲。

　　3．1 內部信號處理

　　與其他線陣CCD不同的是TCDl50lD內部包含有采樣保持電路。由圖1可知，OS經SH脈沖采樣后，得到所有視頻信號的包絡，經CP箝位電平后輸出一個大概為5 V左右的直流分量，兩個波形再通過差分即可得到有用的視頻信號。若要保證信號的不失真輸出，則t12和t18需越小越好，必須滿足時間最小值要求，即讓采樣脈沖SH和箝位脈沖CP對OS信號在很短時間內準確地對陰影部分信號電平和參考電平分別進行采樣，然后兩者差分。輸出視頻信號的示意圖如圖2所示，圖2（a）中的陰影部分是有用的視頻信號，白色部分是參考電平，圖2（b）是相關雙采樣后CCD每個像元中視頻信號包絡的集合，是一個負極性的離散模擬信號，圖2（c）是翻轉之后的正極性信號。這個過程相當于對CCD輸出信號進行內部CDS，由于CCD內部時序要求非常嚴格，在某些情況下可以采用外部的相關雙采樣技術，在實際應用中可根據具體情況選擇使用內部采樣處理還是外部采樣處理。

　　3．2 外部信號采集

　　外部電路對CCD信號采集主要包括除噪和A／D轉換，前者是為了在不損失圖像細節的前提下盡可能消除噪聲和干擾，以獲取高質量的圖像；后者則是為了完成對輸出信號的數字化，以便進一步進行軟件處理。

　　傳統CCD除噪和A/D轉換是采用分立電路來完成對輸出信號的數字化處理，對于高速采集系統而言，傳統方法顯然滿足不了要求。為了簡化電路設計、提高系統可靠性，這里采用單片集成的CCD模擬信號的預處理芯片AD9826來完成CDS及A／D轉換。該芯片內部集成了CDS電路和16位20MHz A／D轉換器。而AD9826輸出只有8位，因此采用分時輸出高8位和低8位的方法來實現16位數據的輸出．方框圖如圖3所示。由于AD9826對輸入信號幅值的要求可以達到4V，而未經處理的TCDl501D輸出信號幅值為3 V左右，其中還有一個接近5 V的直流分量，需用一個差分放大器消除直流后，再放大才能接到AD9826的輸入端，實現對CCD輸出信號不失真的進行處理。AD9826的CDSCLK時序驅動脈沖由FPGA產生，串口的配置可通過單片機或DSP寫入。