高性能CIS控制系统及关键ISP技术研究

摘要

相比于传统的CCD图像传感器，新兴的CMOS图像传感器具有系统功耗低，集成度高，可靠性高的特点。随着科技的进步，CMOS图像传感器的成像质量已经接近甚至超过CCD。利用CMOS图像传感器能够集成片上处理电路的优点研制出了多种新型的图像传感器，这些新型的图像传感器在很多领域得到了广泛的应用。
　　 本论文以CMOS图像传感器为基础，着重研究稳定高效的图像信号处理芯片的控制系统，以及适合硬件实现的高质量的图像处理关键技术，为CMOS图像传感器的单片集成系统的研究打下良好基础。具体研究成果有：1.构建以I2C总线，APB总线为基础的总线系统，完成对系统的数据流划分，保证了系统的稳定运行并提供了高效的数据传输能力。2.研究并实现适合硬件实现的伽玛矫正功能。3.在此基础上，对当前的伽玛矫正算法和自动对比度增强算法的弊病进行分析，并且采用复用查找表，曲线拟合的方式提出了一种改进的图像增强算法。解决了伽玛矫正中的资源浪费和对比度增强中的超阈值问题。在节省系统硬件开销的同时大大的改善了图像的处理效果。
　　 整个设计过程经历了浮点算法设计，RTL设计，定点验证模型设计，以及严格的定点模型算法和RTL设计的对比验证。最后在FPGA平台上进行验证，测试表明系统稳定高效的实现了预定的设计目标，在较低的资源开销的前提下较好的实现了CMOS图像传感器的控制系统和关键的图像处理单元。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.1.1 CMOS图像传感器的发展和应用

1.1.2国内外现状和前景

1.2课题主要研究内容与方向

1.3论文章节安排

第二章 CMOS图像传感器的控制系统设计

2.1控制系统概述

2.2 I2C总线协议简介

2.2.1 I2C总线的一般数据传输方式

2.2.2 I2C总线控制器的设计

2.2.3 I2C总线控制器的仿真和综合

2.3 AMBA APB总线控制器

2.3.1常用片上总线介绍

2.3.2 AMBAAPB简介

2.3.3 APB读写操作时序

2.3.4 APB总线架构设计

2.3.5 APB与USB的交互控制

2.3.6总线系统的仿真和综合

2.4小结

第三章 伽玛矫正和对比度拉伸的算法研究

3.1伽玛校正的简介

3.2伽玛校正的设计与实现

3.2.1伽玛矫正算法的设计

3.2.2伽玛校正算法的实现

3.3伽玛校正的仿真与综合

3.4色彩空间的介绍

3.4.1色彩模型

3.4.2 RGB彩色模型

3.4.3 CMY和CMYK彩色模型

3.4.4 HSI彩色模型

3.5图像增强的简介

3.6图像增强算法设计

3.6.1图像增强的基本原理

3.6.2 gamut的处理

3.6.3图像增强算法和Gamma的整合实现

3.6.4软件浮点仿真结果

3.7图像增强的实现

3.8图像增强的仿真和综合

3.9小结

第四章 算法的测试和测试平台

4.1算法的软件测试

4.1.1测试的简介

4.1.2算法的测试的设计

4.1.3算法的测试结果

4.2算法的硬件测试与测试平台

4.2.1简介

4.2.2 CMOS图像传感器的验证平台

4.2.3设计测试

4.2.4测试结论

第五章 总结与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢