一种基于双通道CMOS相机的低照度动态场景HDR融合方法

高动态范围成像技术能够全面有效反映场景信息,有利于在高动态范围场景下获得高质量的成像。但当前常用的基于单台相机的多次曝光融合方法在动态场景下易出现“鬼影”问题,基于多个传感器同时曝光的系统复杂且价格昂贵,基于单幅低动态范围图像的拓展方法易丢失欠曝光或过曝光区域的细节信息,且多用于较好的照明条件。针对低照度动态场景成像,研究了一种基于双通道低照度CMOS相机的高动态范围图像融合方法,对双通道CMOS相机采集低照度动态场景两幅不同曝光图像,依据累计直方图拓展原则分别进行动态范围拓展,并采用像素级融合方法对动态范围拓展的序列图像进行融合。实验表明,动态范围拓展融合方法可满足低照度动态场景下获取高动态范围图像的应用要求,获得更佳的成像质量。     

高动态科学级CMOS相机设计与成像分析

为了满足高动态范围高灵敏度的全局曝光模式下成像系统的需求,基于CIS-2521科学级CMOS图像传感器设计了一个相机系统,通过分析CIS-2521芯片像素读出结构特点,通过芯片内部模拟相关双采样与FPGA片内数字域相关双采样完成相关四采样算法,列向噪声去除效果明显。通过设计曲线拟合双增益通道图像数据合成输出,保证了系统成像有较高输出动态范围。相机常温下输出图像峰值信噪比达62.9dB,采用半导体制冷后输出图像峰值信噪比74.3dB。根据EMVA1288标准实测相机动态范围达到78.2dB,设计的相机系统实现了每秒50帧2 560×2 160像素,16bit深度高清晰度高动态范围图像的实时全局曝光成像输出,能够满足低照度条件下的高帧频高动态范围成像的需求。     

基于小波变换的EMCCD微光图像融合算法

由于增益水平的不同,电子倍增电荷耦合器件图像所显现的图像内容不同,且图像动态范围极窄、对比度低、图像整体偏暗或模糊发白。为了提高微光图像动态范围及对比度,采用将不同增益水平的微光图像进行融合的算法,即先获取两组同场景但增益不同的微光图像,再对小波分解后的微光图像选择不同的融合规则,最后通过小波变换实现图像融合,得到了高质量的融合图像,并取得了融合图像的信息熵、标准差、平均梯度等性能指标数据。结果表明,该融合算法能使得融合后的图像同时包含低亮度景物和高亮度景物,达到了增大微光图像的动态范围及对比度的目的,有效改善了微光图像的质量。     

一种-16 dB ~12 dB增益范围的高线性度PGA设计

可编程增益放大器广泛应用于射频接收通道,起中频放大、驱动模数转换器的功能.基于电阻反馈运放设计的可编程增益放大器具有动态范围大、线性度高的特点.文中采用互补金属氧化物半导体工艺设计实现了一种基于全差分运放和衰减器的宽范围、高线性度可编程增益放大器.测试结果表明增益变化范围为-16dB～12dB,步进为1 dB,输出1 dB压缩点大于10 dBm@60 MHz,输出三阶交调点大于26 dBm@60 MHz.     

基于CMOS图像传感器的微光成像系统信噪比研究

信噪比是微光成像系统的关键参数,决定了成像系统的性能与成像质量。给出了互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）图像传感器微光成像系统的信噪比模型,仿真计算了系统的信噪比与信号、噪声的关系。搭建了信噪比测试环境,完成了系统信噪比测试实验。实验结果表明,理论值与实测值一致。最后,根据信噪比分析结果对给定系统进行了参数优化。计算结果显示,优化后的系统在1 mLux照度下,信噪比能达到4.5。信噪比的研究为基于CMOS微光成像系统的总体设计与优化提供了理论依据。     

一种适用于昼夜兼容CMOS图像传感器的动态范围拓展方法

为了提高CMOS图像传感器的动态范围并应用于昼夜兼容成像,提出了一种新的动态范围拓展方法。该方法在像素中设置多个复位屏障,以延长曝光过程中光电二极管的饱和时间,同时通过在不同成像环境中切换像素积分电容大小,提高微光成像时的响应灵敏度和强光成像时的满阱容量,从而实现昼夜兼容高动态成像。经MATLAB仿真证明,该方法可将传统CMOS图像传感器的动态范围从61 dB拓展到102 dB。     

基于GL0816传感器的高速线阵CMOS相机系统设计

为了满足印刷等高端工业检测中物体快速运动,需要大幅面、高行频、高分辨率图像采集等要求,研发了一款微米级高分辨率、高速线阵工业相机。首先,介绍了高行频、高分辨率国产CMOS图像传感器GL0816的功能与特点。然后,基于该芯片设计了一套高速大幅面高分辨率线阵工业相机系统,该系统采用FPGA作为整个系统的控制核心,以DDR3LSDRAM作为图像缓存器,以GigE vision2.0协议为输出标准,以SFP+作为高速图像输出接口。最后,搭建相机系统测试环境,对所设计的相机进行系统测试。结果表明:该相机系统行分辨率为8 192,可连续采集2 000行作为一帧图像输出,行频为50kHz,动态范围为57.32dB,信噪比为40.95dB,具有实时图像采集功能。该相机系统具有大幅面、高帧频、高分辨率、高信噪比、宽动态范围等优点,适用于印刷检测行业快速运动目标捕获成像及图像实时显示。     

微光图像和紫外图像分析与融合方法研究

在分析了微光图像和紫外图像的特征以及双通道彩色夜视系统信息量的基础上，提出了微光图像和紫外图像双通道彩色夜视理论。在设计并试验了灰度调制法、谱域融合法、特有成分融合法的基础上，提出了微光图像和紫外图像假彩色融合的改进算法以及新算法，包括微光图像和紫外图像分段灰度调制法、图像差别提取法、基于物体对夜天光反射特性的成分分离法，以及体现图像传感器光谱响应和视觉自然感受的色空间映射法，取得了较好的效果。     

基于FPGA的微光视频采集与预处理系统设计

针对当前微光视频图像采集与处理系统中数据处理量与系统实时性之间的矛盾,设计了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)的实时信号采集与预处理系统。该系统以高性能Xilinx A7系列芯片为主控芯片,使用两片第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器(Double-Data-Rate Two Synchronous Dynamic Random Access Memory, DDR2 SDRAM)作为核心存储器件,并定制超感光互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)传感镜头作为视频图像采集器件。完成系统的硬件设计之后,通过Xilinx Vivado平台以及Matlab进行软件系统的工程设计与仿真分析,实现了微光环境下视频图像的采集、存储、处理与显示的全过程。实验结果表明,该系统采集的微光视频图像实时性好、动态画面流畅。     

一种彩色夜视实时图像融合系统

在彩色夜视图像融合基础上,针对线性组合算法和直接映射算法实时性高的特点,提出了一种基于CPLD的双通道彩色夜视的实时图像融合系统,并阐述了其设计原理,系统的结构、特点和功能.用verilogHDL硬件描述语言实现了相关的算法和设计.实验结果表明,融合图像接近自然色彩,同时能够反映两个波段的图像的特点.该系统可以实现实时的线性组合算法和直接映射算法,将红外与微光或者微光与微光等不同波段组合,是一种简单、高效彩色夜视系统.     

多功能红外焦平面读出电路设计

主/被动成像系统具备多种成像模式,集成度高、成本低、系统运行效率高,应用前景良好。设计了一种64×64规模的多功能红外焦平面阵列读出电路,在30 μm像元中心距的限制下实现了日光标准成像、微光成像、异步激光脉冲检测和二维激光测距四种成像功能。基于TSMC 0.35 μm工艺,完成了多功能读出电路的芯片设计与流片验证。电路复用设计和像素共享架构显著降低了版图面积。CTIA的T型开关有效减小漏电流,改善了红外被动成像电路的动态范围,高增益模式下动态范围达60 dB,低增益模式下动态范围达68 dB。并且满阱电荷容量分别为203 ke?和1.63 Me?。三级push-pull运放和MOS反馈电阻使RTIA兼具高增益和小尺寸。芯片测试结果表明,电路具备主/被动成像功能,性能良好,可应用于红外焦平面激光雷达成像系统。     

A compact, high-performance HDTV camera with four-CCD chips

A compact, high-performance and yet less-expensive camera is urgently needed to create more diverse and flexible HDTV program productions. In order to meet the demand, we propose a completely new image acquisition system with four CCDs, two CCDs for green light, one for red, and the other for blue. The major purpose of our system is to obtain high-quality pictures with less pixel-number CCDs. The reduction in the number of pixels results in wider dynamic range, higher aperture ratio and low cost. The resolution power is secured by adding one more CCD to the conventional three-CCD system. We succeeded in improving the resolution by introducing spatial pixel offset imaging, in which the two G-CCDs are aligned by one-half pitch of a pixel and one of them is aligned with the R-CCD and the other with the B-CCD. This new method has two major advantages: it prevents resolution degradation caused by chromatic aberration and improves the resolution of colored signals over a wide range. The prototype camera has fully satisfied HDTV quality requirements: limiting resolution 1200 TV lines, sensitivity F5 at 2000 lux, dynamic range 500%, SNR 52 dB     

4096位线阵电荷耦合光电二极管摄像机成像技术

从电耦合光电二极管的基本工作原理出发，设计出４０９６位线降ＣＣＰＤ摄像机成像驱动动逻辑电路和视频信号处理电路。该成像系统频通道技术指标达到：动态范围４５ｄＢ，信噪比５伏峰峰值，分辨率２４００线。在实验室内摄出室温下清晰图像。     

基于AD9928A的CCD摄像机的AFE设计

选用ADI公司的AD9928A芯片进行CCD图像传感器的AFE模拟前端设计,包含对AFE模拟前端硬件设计以及驱动时序的研究.主要应用于安防道路智能分析,具有图像分辨率高、噪声小,帧率高、色彩真实鲜亮、超高动态范围等优点,适合基于CCD摄像机的智能分析和图像识别系统.     

Adaptive digital calibration techniques for narrow band low-IF receivers with on-chip PLL

Digital calibration and control techniques for narrow band integrated low-IF receivers with on-chip frequency synthesizer are presented. The calibration and control system, which is adopted to ensure an achievable signal-to-noise ratio and bit error rate, consists of a digitally controlled, high resolution dB-linear automatic gain control (AGC), an inphase (I) and quadrature (Q) gain and phase mismatch calibration, and an automatic frequency calibration (AFC) of a wideband voltage-controlled oscillator in a PLL based frequency synthesizer. The calibration system has a low design complexity with little power and small die area. Simulation results show that the calibration system can enlarge the dynamic range to 72 dB and minimize the phase and amplitude imbalance between I and Q to 0.08° and 0.024 dB, respectively, which means the image rejection ratio is better than 60 dB. In addition, the calibration time of the AFC is 1.12μs only with a reference clock of 100 MHz.     

基于OV7962的车载全景摄像头设计

为了实现车载摄像头的超广角成像,解决倒车影像系统不能全面照顾周围视角的问题,设计了一款超广角车载摄像头。对该摄像头所采用的图像传感器、超广角成像技术、硬件电路设计及接口EMC防护的应用进行研究。根据当前车厂对摄像头的要求选择了基于美国Omnivision公司的CMOS图像传感器OV7962作为成像芯片。采用一种新的凝视型视场全景成像技术——鱼眼透镜成像,并通过匹配成像芯片的参数计算出镜头的焦距和分辨率。对摄像头硬件电路的设计及接口电磁兼容性(EMC)防护进行测试和改进。实验结果表明:摄像头可实现210°超广角成像,接口EMC防护已通过ISO-7637-2脉冲5b标准测试。满足了对倒车影像系统全面顾及周围视角的要求,另外该车载全景摄像头还具有成本低、性能稳定、分辨率高、夜视效果好等优势。