高速CCD数字接口摄像机设计

摘要

本文从介绍了图像传感器的原理和发展入手，以线阵式CCD图像传感器的工作原理为理论基础，对高速数字接口CCD摄像机的结构和功能进行了详细的说明。并且通过对线阵式CCD的输出信号的采样量化，实现了对运动图像的高速、高精度的采集，结合CameraLink接口，构成高速数字接口CCD摄像机。 将工业用CCD摄像机分为摄像机的光学成像系统、CCD图像传感器及其驱动电路、CCD视频信号A/D电路、数据存储或传输电路、摄像机控制电路和电源电路五个功能模块。并在设计中使用可编程逻辑器件CPLD为高性能的线阵式CCD图像传感器提供驱动时钟信号，并使用电平转换电路对CCD进行驱动。通过红、绿、兰三路模数转换器对CCD传感器的R、G、B三路输出信号进行转换，并且将转换的数据按照Cameralink接口的标准格式进行输出。采用的线阵式CCD的高性能保证了摄像机采集的高速度，接口的标准性使摄像机能够适应多种场合的应用，提高了摄像机的适应能力。 借助于微控制器MSP430的应用，实现了控制(R、G、B)三路A/D转换器的工作状态和上电初始化设置，调整各路的增益；控制可编程逻辑器件(CPLD)的工作模式，控制摄像机的工作速度和摄像机数字接口的传输模式的功能，使摄像机的通讯功能和智能化管理、参数设置和状态转换变得更加方便灵活，摄像机的升级和扩展变得非常简单。在摄像机的设计中采用相关双采样的方法对CCD输出的模拟信号进行转换，以降低图像的噪声。而CameraLink接口的采用使得摄像机可以与很多种标准的图像采集卡配合使用。 高速线阵式工业摄像机在生产中的性能优势很大，实际应用前景广阔。

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引言

1高速数字接口摄像机的系统结构设计

1.1数字接口摄像机的系统结构

1.2数字接口摄像机的各部分功能描述

1.3 CCD数字接口摄像机的性能指标

1.3.1 CCD的动态范围和暗电流

1.3.2 CCD图像传感器的分辨率

2摄像机的各部分器件原理及其电路设计

2.1光学成像部分

2.2 CCD图像传感器

2.2.1 CCD(电荷耦合器件)的基本工作原理

2.2.2美国Kodak公司的图像传感器KLI-2113特性

2.3 CCD的驱动时序生成电路及驱动电路的设计

2.3.1 CCD驱动电路功能分析

2.3.2时序生成电路的设计原理与实现

2.3.3时钟信号驱动电路及电平转换电路设计

2.4 CCD视频信号模数转换电路

2.5摄像机的控制电路

2.5.1主控CPU的功能要求及选型

2.5.2主控CPU和CPLD的控制接口设计

2.5.3主控CPU和A/D转换器之间的控制接口设计

2.5.4主控CPU的RS-232接口协议

2.5.5掉电保护功能的实现

2.6数字摄像机接口电路设计

2.6.1 LVDS技术介绍及其工作原理

2.6.2 Camera Link接口电路的构成

2.6.3 Camera Link接口定义及其工作模式

2.7工业数字摄像机的电源设计

3高速数字接口摄像机的开发与调试

3.1图像采集卡的设置和使用

3.2线阵式CCD摄像机的调试过程

3.2.1对CCD驱动信号时序的调试

3.2.2对Camera Link接口的调试及分析

3.2.3摄像机白平衡调整

3.2.4摄象机调试的结论

4高速数字接口摄像机的应用设计

4.1基于本设计的典型应用

4.2性能分析与展望

总结与展望

参考文献

致谢