基于FPGA的CMOS工业相机设计

针对传统的工业相机成本高昂、灵活性差的缺点,设计了基于FPGA的CMOS工业相机。在分析工业相机原理的基础上设计了CMOS工业相机的硬件电路,利用FPGA配置图像传感器并采集图像数据,然后在FPGA中缓存处理,最后通过Camera Link接口输出图像数据。仿真结果显示,该相机可以以20 f/s的帧频输出960P的图像数据,同时该相机可稳定连续工作,相机可将图像处理算法移植进来,有着较好的灵活性。     

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。     

用于目标跟踪的大视场CCD相机自动调光方法及实现

针对用于目标跟踪的大视场CCD相机的特殊结构,为了获得高质量图像,提出了一种基于电子快门无级调节的自动调光方法,即通过实时调整CCD相机的曝光时间来实现快速、高精度调光.文中提出了多区域灰度加权的图像灰度均值提取方法,消除了因大视场CCD相机背景图像数据过多而给自动调光带来的影响.系统采用FPGA内置RAM,通过乒乓缓存策略保证调光算法的实时性.通过对CCD相机的辐射定标和外景成像实验表明:该调光方法在辐亮度为25.697~260.548 W/m~2·sr区间内具有良好的图像质量,不仅满足调光速度快、实时性好、适应性强的要求,而且与无调光模式工作状态比较,CCD相机的动态范围增大了20倍,满足调光范围宽的要求.     

一种基于DSP+FPGA的CCD相机图像处理模块设计与实现

文章针对CCD相机视频处理技术的特点提出了一种实时图像处理的解决方案。该方案采用DSP+FPGA的架构,既保证了图像的实时性要求,又能实现复杂的算法。利用FPGA并行流水的处理方式,完成BAYER彩色滤波阵列到RGB空间的视频重构、实现自动白平衡算法和相机的自动曝光控制。利用DSP强大的运算能力,实现复杂的视频去雾算法。     

高动态科学级CMOS相机系统的设计

为了满足全局曝光模式下对高动态范围CMOS相机需求,基于CIS-2521sCMOS器件设计出一个相机系统,通过研究CIS-2521芯片像素读出结构特点和全局曝光模式下驱动时序特点,选用FPGA搭载DDR3作为处理架构,在FPGA内部完成了成像参数控制,sCMOS驱动时序,图像数据采集,图像预处理等SOPC片上一体化设计,并对各个模块功能进行了介绍。设计的相机系统进行成像测试,实现了连续输出50帧/s,2 560×2 160像素,14bit有效深度的高清晰度高动态范围图像,基本满足科学级成像条件的需求。     

基于FPGA的非XGA标准图像显示控制器的设计

针对实际应用中许多相机输出的图像数据格式不符合XGA标准,无法直接进行显示,介绍了一种对该类图像进行标准XGA格式转化的显示控制器.在分析计算的基础上实现对相机的合理控制,使相机的输出行频与XGA标准一致.对于CCD的输出数据通过采用缓冲和时钟切换的技术方法将其转化为符合VGA时序的图像数据.按照VGA标准时序将图像数据输出,从而实现XGA显示.该显示控制器基于FPGA实现,其关键技术在于利用FPGA内部的FIFO实现CCD数据的二级缓冲和时钟变换.一级缓冲为大容量双时钟FIFO,实现时钟的切换和数据的深度缓冲;二级缓冲为单时钟FIFO,其容量为1行,作为行显示缓冲区.该显示控制器同时利用FPGA实现XGA所需的行场同步信号及控制CCD的外行同步信号.文中的非XGA标准图像显示控制器具有实现灵活,时序稳定的优点,可作为其他相类似图像显示的参考.     

一种CMOS图像传感器自动曝光算法的设计及实现

针对传统自动曝光算法收敛时间长的问题,设计了一种基于对分搜索的CMOS图像传感器自动曝光控制算法,研究了基于CMOS图像的测光方法,给出了自动曝光算法的流程。首先在MATLAB中对算法进行了仿真,并和传统算法进行了比较,曝光收敛时间缩小了一半。最后在基于FPGA的CMOS图像采集平台上对算法进行了实现,实验证明了该算法的有效性。     

CCD时序与基于时分复用的实时数据处理系统设计

分析并设计了e2v公司的CCD42-80 Back Illuminated AIMO型CCD器件驱动时序,完成了一种既节省硬件资源,又能实时、准确输出图像数据的CCD数据处理系统.采用了曝光时间可调节设计来适应相机观测目标的多变性,使用时分复用技术结合乒乓操作、后进先出(LiFo)等技术,保证了图像的质量和实时性.应用一片可编程门阵列FPGA作为硬件设计载体,使用Verilog-HDL硬件描述语言并采用自上而下的模块化设计对整个系统进行硬件描述.在系统时钟64 MHz、图像输出速率200 kHz条件下,测试结果表明,时序电路工作正常,可以满足CCD相机的驱动要求,相机系统输出的图像实时、稳定.基本满足了观测系统对CCD相机在成像和数据传输方面的要求.     

一种基于信息熵的自动调光方法

根据遥感相机的数字成像和信息学原理，基于信息熵的自动调光方法已经在遥感相机上得到了应用并对其性能进行了详细的分析。针对灰度级在不同曝光时间下的特性以及图像亮度和信息熵之间的关系，提出了一种改进的MCS算法来快速逼近最佳曝光时间。该算法已经在改进的微型CMOS遥感相机上成功地证明了其有效性。实验结果证明，该算法能够通过图像信息快速、灵敏、可靠地自动调整曝光时间。这对于提高CMOS相机空间成像的质量有很高的价值。     

基于FPGA的Camera Link转HD-SDI接口转换系统

由于Camera Link相机具有接口复杂、传输距离近等局限性,设计并实现了一种基于FPGA的Camera Link转HD-SDI接口转换系统。该系统采用Altera公司的EP2S60F1020高性能FPGA完成图像数据的采集并按SMPTE274M标准编码;为解决Camera Link相机输出数据同HD-SDI输出图像行、场时间不同的问题,采用3片SDRAM作为帧缓存模块,延迟1帧输出;编码完成的数据输出到并串转换芯片LMH0030,从而得到HD-SDI格式的视频输出。由于Camera Link相机输出数据同HD-SDI输出图像的帧频并不绝对相同,每隔708帧必须丢去一帧数据,从而导致输出时固定丢帧,但FPGA对图像的处理并不会丢帧。实验结果表明,本系统能够将Camera Link相机输出的图像数据转换成HD-SDI输出,并用采集卡采集到图像数据。     

基于SOPC嵌入式系统的CCD摄像机设计与实现

设计并实现了一种基于EP3C40型FPGA的可编程片上系统(SOPC)嵌入式系统的CCD摄像机,使用FPGA完成CCD的驱动时序产生、数字图像统计处理、串口通讯、自动调光及自动增益、快速调光等控制功能.该摄像机具有高灵敏度、低噪声的特点,能适应外界光照条件的快速变化,适用于军事装备、科研以及监控等领域.     

便携式多波段相机的自动调光算法

为提高便携式多波段相机在宽照度环境下的拍摄需求，针对传统多区域均值加权曝光时间调节算法中图像灰度参考均值的取值范围对调光性能影响大的问题，提出了一种基于便携式多波段相机的多区域均值加权调光和图像信息熵调光相结合的调光方法。系统采用多区域均值加权调光方法，实现了过高或过低图像灰度情况下的快速调光；利用图像信息熵调光方法，解决了传统调光算法中超调振荡问题，提高了便携式多波段相机的照度环境适应性；进行了基于便携式多波段相机的调光实验，调光时间为31 ms，消除振荡时间约为180 ms。实验结果表明，利用多区域均值加权和图像信息熵相结合的调光算法可快速、稳定地选择合适的曝光时间，获得更好的多波段拍摄结果。     

基于FPGA的工业数字摄像机系统的设计

针对传统工业数字摄像机的灵活性差、实时性差等缺点,设计了一种基于FPGA的工业数字摄像机系统。将工业数字摄像机与FPGA结合起来,利用FPGA通过I2 C总线接口控制器控制图像传感器采集图像数据,然后将Bayer格式图像转化为RGB格式图像,通过调用Altera IP核DDRII SDRAM controller with ALTMEMPHY和FIFO存储器设计了DDR2SDRAM的接口,将图像数据缓存到DDR2存储器中,最后通过SPI总线接口在液晶屏上显示图像,可达到53帧/s图像的速度。系统代码共需约5 000个逻辑单元,3 704个寄存器,117个引脚。将设计代码下载到系统芯片中后,系统可以清晰显示所拍到的画面。设计结果表明,基于FPGA的工业数字摄像机设计灵活,易于移植,可实现高速图像采集和传输。     

Camera Exposure Determination Based on a Psychometric Quality Model

This paper discusses exposure determination for digital cameras, beginning with a tutorial on exposure control and the factors affecting the quality of still captures, especially exposure index. It presents a psychometric model for the overall quality of digital camera images as a function of motion blur and exposure index. A motion-aware exposure control algorithm based on that model is described for exclusively ambient illumination and then extended for combined flash and ambient illumination. Results from a field test with a modified consumer camera quantify the effectiveness of the algorithm.     

数码相机在自动气象站中的应用

通常传统自动气象站只能采集常规的气象数据,如：温度、湿度、风力等,而无法采集自动气象站当地的高分辨率图像信息,通过对奥林巴斯数码相机进行研究,采用奥林巴斯提供的CAMEDIA SDK 3.3开发套件,设计了一套基于高分辨数码相机的自动气象站图像采集和传输系统。系统通过自动站的高分辨率数码相机远程采集图像,并通过网络传输到数据中心,实现了自动气象站对当地图像信息的采集与传输。着重介绍分析了数码相机在系统中的应用,并实现了图像数据的自动采集功能。 更多还原     

高速弹丸位置坐标自动测量系统设计

为了精确测量高速弹丸穿越光幕靶瞬间的位置坐标,设计一种基于FPGA加DSP的实时图像处理板卡,采用处理板卡与嵌入式软件算法相结合的方式组成高速弹丸位置坐标自动测量系统。该系统可以设置相机面阵和线阵工作,使测量前端自动互瞄、自动组成光幕靶,提高系统自动化程度。设计基于FPGA的SATA硬盘阵列控制方法,保证高速图像的实时记录和回放。利用FPGA实现的PCIe接口保证上位机与板卡数据交换和通信的实时性。实验结果表明,本系统能够自动完成测量前的准备工作,高速弹丸的捕获概率超过99%,以中心点为原点的200mm直径范围内的测量精度优于1mm。本系统能够满足高速弹丸位置坐标的测量需求,具有捕获率高、精度高、实时性好等特点,有很高的实用价值。     

基于FPGA的光纤光斑中心定位算法研究

为了解决传统数字图像处理算法中数据运算量大、复杂度高、耗时长的问题,提出一种基于可编程门阵列（FPGA）光纤光斑中心定位的方法。采用数字信号处理系统,利用开发工具（DSP builder）,设计了光斑图像预处理算法和边缘检测算法,用最小二乘法拟合光斑边界,采用流水线设计,增强了数据处理的并行能力,提高了处理速度。在Cyclone V平台上进行理论分析和实验验证,取得了光斑图像边界、中心坐标数据。结果表明,在保证对光斑中心定位的绝对误差小于0.1pixel的条件下,使用FPGA比计算机运算速度能提高21倍以上。该研究能够在FPGA平台上快速准确定位光斑中心。     

基于图像处理的炮弹运动参数检测技术

为实现火炮试验中炮弹运动参数的自动检测,采用数字高速像机采集炮弹的运动图像,应用数字图像处理技术研究了此类图像的通用提取算法,实现了炮弹特征图像的准确提取,结合炮弹运动参数的测量原理,设计图像检测系统实现了炮弹运动参数的自动检测。对多次火炮试验获得的炮弹运动图像检测结果表明,研究的图像提取算法简单易用,通用性较强,提高了参数测量的精度。目前,已将该图像检测系统应用于火炮试验的数据分析中,取得了较好的效果。     

基于Camera Link的红外图像显示研究

为红外相机设计了一套基于Camera Link的红外图像实时显示系统.红外探测器产生的模拟信号经模数转换后,由作为控制核心的FPGA进行处理,然后通过光纤实现远距离传输.接收端的FPGA将信号转换成Camera Link协议数据,再将它们传送给上位机的图像采集板卡进行采集和转换,最终通过上位机软件将其实时显示出来.     

基于张量优化的高动态范围微光相机设计与实现

针对空间低照度环境下,互补金属氧化物半导体(CMOS)相机成像视觉效果不佳的问题,基于张量优化的图像融合方法研制一款高动态范围的微光相机。分析基于科学互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器亮暗场双通道ADC的电路特性,利用同源双通道图像数据构建三阶特征张量,通过对特征张量的平行因子分析,以融合图像动态范围最优为评价函数,引入拉格朗日乘数法作为张量分解的优化算法,实现实时的高分辨力高动态范围成像。研制一款基于LTN4625的微光相机,并进行成像实验。仿真实验结果表明,相机实现了50帧/s,4 608×2 592像素的高分辨力高动态范围成像,图像动态范围从低增益数据的5.2 dB和高增益数据的11.4 dB提高到了54.7 dB。该设计是一种微弱光环境下动态响应范围高、成像效果好的微光相机设计方法。