基于FPGA的拼接式线阵CMOS相机系统设计

摘要

线阵成像器件具有扫描速度快、分辨率高等特点，在工件尺寸测量、表面质量检测、分拣等领域具有广泛的应用。利用单相机成像系统对大视场信息进行探测时，光学系统轴外像点光能损失严重，导致像面照度不均匀性加剧。同时，随着视场范围的增加，成像器件分辨率、光学系统的一致性、扫描速度等指标也难以满足更高的检测需求。
　　本文针对传统单相机成像模式在分辨率、扫描速度和照度一致性等方面的不足，开展基于FPGA的拼接式线阵CMOS成像系统的研究。旨在通过多片CMOS传感器的并行控制和光场信息的拼接技术，实现对大视场信息的快速、高精度探测。论文首先对基于多CMOS芯片拼接的线阵列成像系统进行了整体设计，重点研究了多芯片的并行控制和高速数据采集、传输；在此基础上研究了多芯片成像系统的光场信息拼接算法，同时针对光学系统照成的像面照度不均匀问题进行研究，设计了光场照度不一致性的校正算法，最终实现了大视场信息的有效探测。本文设计的拼接式线阵列成像系统，一方面能够灵活的扩展传感器数量，以满足更大视场信息的检测需求；同时多孔径成像模式能够实现视场的有效分割，从而降低了单个芯片对应像面照度的不均匀性，并且提高了检测精度。另一方面，多芯片拼接成像系统中多芯片为并行控制模式，有利于扫描速度的提升。

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1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 系统硬件设计

2.1 相机总体结构设计

2.2 FPGA外围电路设计

2.3 ELIS-1024的电路设计

2.4 模数转换电路设计

2.5 USB接口设计

2.6 电路PCB设计

2.7 本章小结

3 系统程序设计及仿真、测试

3.1 程序设计及仿真

3.2 系统测试与分析

3.3 本章小结

4 图像拼接及校正

4.1 图像拼接原理

4.2 相机的实际调试及拼接过程

4.3 图像校正

4.4 总体成像性能测试

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢