[发明专利]一种APS星敏感器动态曝光时间调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种APS星敏感器动态曝光时间调整方法，适用于空间飞行器用恒星敏感器领域。

背景技术

星敏感器是一种光学成像式敏感器，用于空间姿态的高精度测量。星敏感器在轨工作时，采用敏感器视场恒星光电成像与局域天区或全天球星图匹配的方法，确定星敏感器光轴在惯性空间的指向，利用敏感器本体坐标系和卫星姿态坐标系的转换关系，确定卫星姿态。星敏感器具有高精度、高可靠性等特点，广泛应用于卫星、飞船及导弹等飞行器平台上。

目前众多卫星平台都需要具有在轨机动能力，卫星在机动时最大的特点就是具有较大的机动角速度，在大角速度下有效快速输出姿态是星敏感器一个重要技术指标。星敏感器动态性能的提升最有效的方法就是调整曝光时间，减小星像在星图上的拖尾。在不同角速度条件下，星敏感器需要具有动态调整曝光时间的能力，并且在动态调整曝光时间的同时，需要尽可能快的输出有效姿态信息。

现有动态曝光时间调整技术中，当接收到曝光时间调整信号，先读出当前帧图像数据，再打断当前的曝光流水，进行重新曝光。曝光结束后，再对图像数据进行读出，进入新曝光时间档位。该方法的缺点是曝光流水会打断，需要重新进行曝光，即在接收到曝光时间调整信号后，至少需要2帧图像时间才能得到新曝光时间下图像数据，如果曝光时间很长，则会严重影响星敏感器的数据更新率。

另一种动态曝光时间调整技术如《基于自适应曝光的CMOS图像传感器的设计与实现》(作者：陆尧，姚素英，徐江涛；出处：光电子.激光)等文献所述，提出了一种基于3T结构的图像传感器动态调整曝光时间方法，该方法设置了两组复位寄存器，用于记录调整曝光时间。该方法的缺点是只能设置小于65ms的曝光时间调整范围，曝光调整时固有延时需要一帧图像时间。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的局限性和不足，结合4T图像传感器特点，提出了一种APS星敏感器动态曝光时间调整方法，可以实现多档曝光时间的无缝动态调整，在曝光时间动态调整时不打断曝光流水，减小了曝光时间调整过程中数据读出时间间隔，达到动态调整曝光时间时的快速姿态输出要求。

本发明的技术方案是：一种APS星敏感器动态曝光时间调整方法，步骤如下：

1)设4T图像传感器面阵大小为M×M，以读出一行的时间T us为基础曝光单位；

2)在FPGA内部设置曝光时间档位寄存器register_IT，并设置N档曝光时间，N为正整数；

3)根据处理器写入的新曝光时间档位，确定相应的曝光调整公式，计算获得曝光空闲行数和读出空闲行数，在一行时间内，通过打开关闭像素电荷转移开关，控制读出和曝光操作，曝光在空闲行时，不执行曝光操作，读出在空闲行时，不执行读出操作；空闲行曝光完成后，进入新曝光时间档位卷帘曝光流水，完成新曝光时间档位设置；

所述确定相应的曝光调整公式的具体方法为：设当前曝光时间档位为old_integration_time，新曝光时间档位为new_integration_time，则曝光时间变化分为两大类，一类为曝光时间增加，一类为曝光时间减小；曝光时间增加又细分为两种情况，一种是old_integration_time<M×T，另一种是old_integration_time≥M×T；当为第一种情况曝光时间增加，即

old_integration_time<M×T时，新档位下读出空闲行数Read_dummy_line＝base_expo(n)+add_expo(n)-base_expo(m)+10，新档位下曝光空闲行数Reset_dummy_line＝10；当为第二种情况曝光时间增加，即

old_integration_time≥M×T时，新档位下读出空闲行数Read_dummy_line＝base_expo(n)+add_expo(n)-base_expo(m)+10，新档位下曝光空闲行数Reset_dummy_line＝10，第二帧新档位下曝光空闲行数