原创摄像头电子快门的无级控制

 2009-4-10 00:52  3743 8 8 分类: 模拟

用MCU实现对一款电子快门无级控制。

1）电子快门工作原理

电子快门(Electronic shutter) 和抗晕光控制功能(Anti-blooming and exposure control) 在控制信号的形式及功能方面有些差别，抗晕光的控制电平的偏置大小与抗晕光的能力相关联，但都可以实现信号电荷积分时间控制的相同作用，这里将抗晕光的曝光控制功能也归入电子快门的论述范畴。新型CCD器件的多种型号中都增加了高速电子快门功能.

图1所示为适当的持续照明情形下，电子快门动作和像素中积累的光生电荷量的关系。在不启用快门功能(φSHUT电平为高) 的情形下，光生电荷积累的周期就是图1中信号电荷的转移脉冲φROG周期；启用快门功能(φSHUT电平为低)后，无论固定光积分时间还是可变光积分时间，快门时间(Shutter time) 都是指从快门脉冲φSHUT到电荷转移脉冲φROG间的时段，信号电荷只与该段光积分时间有关，改变φSHUT脉冲的位置也就改变了快门时间。而从φROG到φSHUT脉冲时间段积累的光生电荷，由于快门栅极的脉冲电压使相应MOS管饱和导通，通过漏极释放掉。可见，电子快门和传统机械快门的功能实现方式完全不同。 φSHUT的出现位置由MCU或CPLD来精确控制，可以达到基于时钟周期的定时控制分辨力，实现快门时间精细调节，可以称为无级调节。相比分档快门速度的摄像机，比如只有2级(1/500和1/1000s)的松下NV-M7摄录机，无级调节具有更大的控制灵活性。

图2 050613537电子快门工作原理示意图

图2（a）表示不加电子快门时的光电荷积累关系，即每场积累电荷时间约为1/50秒（忽略逆程时间），所积累的电荷量由光强度和曝光时间（1/50秒）决定。图2（b）表示加电子快门后的电荷积累情况。图中设快门速度为1/250秒，这时电子快门控制电路将每一场（1/50）时间分成两个部分：前一部分为4/250秒，后一部分为1/250秒。在前一部分时间由积累的电荷（无阴影部分）全部通过垂直溢流释放到衬底中去（P型硅）而将1/250秒时间内积累的电荷作为信号输出。由于曝光时间（有效积累电荷时间）在更短的时间内发生，因此物体在此时间内位移要小得多，重现的图像就会比较清晰。

由图2可见，快门时间越短，光电荷积累也越少，输出信号的幅度也相应减少。因此，使用电子快门要在比较明亮的照明条件下进行，否则输出信号太低使图像质量变差。另外，合理选用光圈，保证一定的光通亮也是一个重要因素。

2）硬件框图

有兴趣的朋友请联系。

写原创有奖励！2024面包板原创奖励正在进行中