CCD编码曝光相机的设计

摘要

CCD编码曝光相机是一款可以编码控制曝光时间和曝光次数的新型CCD相机，通过编码曝光方式获得的图像，有效的保留了图像的高频信息，很好的解决了运动模糊图像复原时产生的振铃效应。本文以高清CCDICX445作为图像采集传感器设计了一款编码曝光相机。
　　本文设计的这款编码曝光的CCD相机分为图像采集模块，图像传输模块和图像处理和显示模块三个部分。图像采集模块中采用Sony公司的CCD ICX445作为图像传感器，AD9923A作为CCD驱动和信号处理芯片，AD9923A给ICX445提供水平和垂直等若干驱动时序信号，同时接收CCD产生的模拟图像信号，经放大和相关双采样以后转换成数字信号，AD9923A的初始化和配置芯片选用单片机C8051F340;图像传输模块采用FPGA作为主控芯片，FPGA控制串并转换芯片TLK2501以接收来自上位机的命令，同时将采集到的数据通过串并转换芯片经由光纤发送到上位机，FPGA与AD9923A通过总线方式连接以采集图像数据;图像处理和显示模块采用PC电脑作为显示器，在电脑上用MFC编程写出图像显示软件，上位机显示软件控制图像采集的开始，停止以及回放，通过光纤将控制命令发送到下位机，在电脑主板的PCIE总线插槽处接入PCIE转光纤转接卡，采用光纤作为传输通路，可以保证图像数据的快速远距离传输。
　　实验结果表明，该CCD编码曝光相机完成了对图像的采集、传输和处理，在上位机获得了实时图像。通过实际测试可知，单次曝光时间可以精确到55us，通过6次曝光得到的图像可以得到比较满意的运动模糊图像，经测试本系统可以长时间的稳定运行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 课题的研究现状

1．3 本文的主要内容与结构

2 CCD图像传感器介绍

2．1 CCD传感器工作原理

2．2 CCD传感器分类

3 系统总体设计

3．1 系统结构设计

3．2 系统性能指标

4 系统硬件电路设计

4．1 ICX445模拟前端电路设计方案选择

4．1．1 SONY公司提供的前端电路设计方案

4．1．2 基于AD9923A的前端电路设计方案

4．2 两种前端电路设计方案的比较

4．3 图像传感器

4．3．1 ICX445的主要特点

4．3．2 ICX445的信号描述

4．3．3 ICX445的电路设计

4．4 驱动产生电路

4．4．1 AD9923A的主要特点

4．4．2 AD9923A的信号描述

4．4．3 AD9923A与ICX445的连接

4．5 主控芯片FPGA

4．5．1 XC3S250ETQ144的主要特点

4．5．2 XC3S250ETQ144的信号描述

4．5．3 FPGA与AD9923A的连接

4．6 串并转换电路

4．6．1 串并转换芯片TLK2501的主要特点

4．6．2 串并转换芯片TLK2501的信号描述

4．6．3 TLK2501与FPGA的电路连接

4．7 光纤接口

4．7．1 光纤接插件FTLF8524P2BNV的主要特点

4．7．2 光纤接插件FTLF8524P2BNV的信号描述

4．7．3 光纤接插件FTLF8524P2BNV的电路连接

4．8 电源电路设计

4．8．1 2．5V与3．3V电源的产生电路

4．8．2 -8．5V与15V电源的产生电路

5 图像采集系统程序设计

5．1 ICX445图像传感器的时序分析

5．1．1 帧时序分析

5．1．2 行时序分析

5．2 AD9923A的初始化

5．2．1 水平驱动脉冲的设置

5．2．2 垂直驱动脉冲的设置

5．2．3 数据采集

5．2．4 电子快门

6 图像传输系统程序设计

6．1 图像传输系统整体程序设计

6．2 差分晶振模块

6．3 上电复位模块

6．4 AD9923A使能模块

6．5 LED驱动模块

6．6 接收模块RX_modle

6．7 发送模块TX_modle

7 应用程序设计

7．1 界面设计

7．2 DrawDib绘图

7．3 编码控制

8 系统测试及结果

8．1 系统硬件调试以及遇到的主要问题

8．1．1 焊接问题

8．1．2 36M无源晶振

8．1．3 -8．5V电平

8．1．4 光纤接口传输问题

8．2 系统软件调试以及遇到的主要问题

8．2．1 FPGA与C8051F340之间的连接问题

8．2．2 输出图像的软件调试

8．2．3 D0-D11的选取问题

8．3 系统运行环境及结果

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢