基于FPGA的高速大面阵成像系统设计

为了获取高帧频大面阵图像数据,设计了一套基于FPGA结合CMOS图像探测器的成像系统。首先,介绍了国产GSENSE6060图像探测器的特性和设计方法;然后提出了成像系统的供电等硬件设计;最后,重点研究了基于Xilinx公司Virtex-5型FPGA的CMOS图像数据训练算法,保证了数据采集的准确性。试验结果表明,所设计的成像系统在6144*6144分辨率时,帧频达20f/s,图像数据峰值速率16Gbps,且读出噪声优于4e-。目前,系统已经工程应用,其功能、性能满足了项目实际需要。     

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

基于FPGA的科学级CCD成像系统设计

针对天文、医学等领域科学成像需要,设计了一套基于FPGA的科学级CCD成像系统,并给出了设计中关键技术的解决方法。首先,FPGA提供CCD正常工作所需要的时序信号,驱动CCD输出模拟图像;再将模拟信号预放大、相关双采样、AD转化后输出给FPGA进行处理;最后,将图像信号在FPGA内部进行格式重组、添加图像信息等操作后输出给存储与显示单元。实验结果表明,获取的图像质量较好,不制冷时读出噪声仅6个电子,满足了科学成像的需要。整个系统性能稳定可靠、实时性强,具有较好的通用性。     

基于CCD的太阳EUV射线成像探测系统

文中针对太阳日冕及色球层活动的EUV波段成像观测,采用E2V公司的CCD47-20光敏传感器,基于FPGA设计了一套读出电路系统,准确的还原并保持CCD采样图像。该系统模拟信号传输速率达到1 MHz,图像噪声低于10 e-,可以满足空间应用需求。     

基于科学级CCD的紫外成像系统设计与实现

为了获取高信噪比的图像,采用紫外敏感型科学级光电探测器CCD47-20,设计了可在特定紫外波段对燃料燃烧火焰进行快速曝光成像的紫外成像系统。CCD47-20具有较深的势阱,可以保证成像系统的信噪比。然而对于此类CCD,其曝光时间通常在200ms以上。为了实现对目标的快速曝光,在分析CCD47-20的性能及工作原理基础上,设计了基于两次帧转移、一次水平读出的CCD驱动时序方法,完成了成像系统的设计,将CCD的曝光时间缩短至10ms。在实验室对系统进行了辐照测试,结果表明,当曝光时间改变时,CCD响应度为线性,验证了时序及驱动电路设计的正确性。信噪比测试结果表明系统信噪比达到46.8dB。在外场,对固体燃料火焰进行了成像,获取了火焰在特定紫外波段的图像,捕捉到了剧烈燃烧的火焰形状,验证了紫外成像系统快速曝光的性能。     

基于FPGA的多通道面阵CCD成像系统设计

以Sarnoff公司的CCD图像传感器VCCD1024H作为敏感元件,设计了一种基于FPGA的多通道面阵CCD成像系统,介绍了CCD工作原理、成像系统总体结构、各部分硬件电路、工作模式及FPGA时序逻辑设计,讨论了成像时序和数据整合。通过仿真验证FPGA逻辑满足成像及数据传输要求,为后续应用奠定了基础。     

CCD区域倍频读出及其对成像的影响

在某空间项目中,需要使用一款指定的CCD传感器研制一套用于空间成像的CCD摄像机系统,并且要求图像的帧频高于CCD传感器的标准帧频。简单的超频读出CCD会使摄像机的信噪比下降。文中首先分析了CCD摄像机在空间条件下影响成像信噪比的多种原因,发现读出噪声对输出图像的信噪比影响是最大的。使用区域倍频读出方法来提高CCD摄像机的输出帧频,即在图像的水平和垂直方向都使用4倍的时钟读出部分像元。最后把区域倍频读出CCD的图像信号和整体超频读出CCD的图像信号进行了信噪比对比检测,测试结果表明区域倍频读出的CCD图像质量较好。     

紫外线列探测器的演示成像系统

提出了一种以国产64×1可见盲紫外线列探测器为核心的紫外演示成像系统。设计了 F =1.8，焦距90 mm的大相对孔径紫外物镜，该物镜采用纯折射结构，通过光学材料的合理组合以及光焦度的巧妙分配较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。电路系统采用了FPGA为主控元件，USB为通讯接口的图像采集/传输系统，可以灵活配置探测器的工作参数并实现高速的数据通讯。最后针对不同的紫外目标，设计了两种典型的成像实验，实现了64×1紫外线列探测器的成像，通过不同光照条件下所获得图像准确、直观地反映了探测器的成像性能。     

4×128双色线列红外探测器成像电路设计

介绍了针对4×128双色线列探测器而设计的成像电路系统,其硬件电路主要包括探测器适配电路、视频模拟信号调理电路、模数转换电路、图像预处理电路、数字图像输出接口电路等。探测器驱动时序、一维扫描成像时序、AD采样时序和接口时序由FPGA来实现,采用VHDL语言完成时序设计。     

KAI-2093型面阵CCD多模式驱动时序设计

针对某航空相机的设计要求,提出了一种可行的多模式驱动时序设计方法。采用柯达公司的KAI-2093行间转移型面阵CCD传感器,结合它的结构特点和双通道数据传输的思想分析了传感器驱动时序关系,提出了3种驱动模式:binning、no-binning和TDI模式。以Altera公司的FPGA芯片EP1C6Q240作为时序发生器并实现数据的缓存和拼接,从而实现了时序发生器与数据处理器的一体化设计。在QUARTUSII7.0开发环境下采用VHDL语言编程,通过Modelsim AE6.1b实现数据缓存器的仿真。实测结果表明,所设计的驱动时序满足KAI-2093的时序要求,binning模式下帧频可达60帧/s,120帧/s等,满足高速跟踪要求;no-binning模式下全帧输出帧频可达30帧/s;TDI模式下能保证CCD长时间工作而不影响成像质量,该设计方法提高了系统的集成度和抗干扰能力。     

基于FPGA的全帧型面阵CCD航空相机像移补偿

通过对全帧型面阵CCD像移补偿时序的分析,利用FPGA作为像移补偿时序发生器,设计了其驱动系统。以全帧型面阵CCD芯片FTF4052M为例,给出了利用FPGA作为像移补偿时序发生器的设计方法,并完成了像移补偿时序电路的软件仿真及其硬件电路测试,在实际CCD成像中验证了像移补偿效果。实验证明该方法能够实现全帧型CCD相机的像移补偿。     

支持像移补偿功能面阵CCD相机驱动电路系统

为了设计一种支持电子式像移补偿功能的高帧频大面阵CCD驱动电路,满足像移补偿功能.论文首先给出了大面阵CCDFTF5066M的基本驱动电路,然后在其基础上通过增加一个像移补偿时序发生器与主时序发生器SAA8103配合工作来实现电子像移补偿,给出了像移补偿发生器内部设计结构,所增加的像移补偿时序发生器只用于产生曝光期间所需的几个垂直转移驱动时序和转发SAA8103 产生的时序信号.选择了FPGA作为像移补偿时序发生器,并且进行了时序仿真.最后对设计的驱动电路进行了室内像移补偿实验验证,取得了很好的补偿效果,该驱动电路系统支持最大帧频可达2.7 F/s,信噪比达到了66 dB.该驱动电路能方便地选择输出通道数量和输出方式,使相机适用于不同的场合.     

高分辨率全帧CCD高速驱动设计

目前采用高分辨率全帧CCD作为图像传感器的航空遥感相机输出帧频低、驱动设计灵活性低,应用受到限制.为提高全帧CCD相机应用水平,通过FTF5066M驱动电路结构和时序关系分析,采用分离器件设计了全帧CCD的稳压变换电路、偏置电压电路和水平垂直驱动电路.利用FPGA设计了四通道高速并行输出的时序脉冲产生电路,克服了传统单通道输出方法的速度限制.试验中,该驱动电路利用MVC3000F镜头成功采集到高速图像.实验表明,本驱动设计配置灵活,输出帧频从0.7fps提高到2.16fps,充分满足了航空遥感相机的高帧频要求.     

基于背照式CCD的微弱目标成像系统设计

为了对微弱目标进行探测,提出一种采用背照式CCD47-10为传感器的成像系统设计方案。通过对CCD47-10的工作原理和性能参数进行分析,完成电源模块、驱动模块、信号处理模块、数据传输模块的硬件设计。使用VHDL语言完成FPGA中的逻辑电路设计,使用VC++完成上位机软件设计。最后通过搭建实验系统,在微弱光下对光栅进行成像,并分析图像信噪比。实验结果表明,设计的系统在对微弱目标成像时信噪比为72,能够满足对微弱目标探测的应用要求。     

高分辨率大面阵CCD相机高帧频设计及其非均匀性的校正

目前采用高分辨率全帧面阵CCD FTF5066M 作图像传感器的航拍相机帧频一般不超过1 fps,为了满足高帧频应用,文中首先介绍了全帧型面阵CCDFTF5066M 的基本驱动电路,并对其进行了改进,利用CCD 4个输出放大器进行同时输出,使最高帧频达到了3.4 fps,介绍了4 路输出时CCD驱动时序、前端处理电路、直流偏置电路、接口电路等的设计,改进后的驱动电路能满足多种航拍相机的应用要求。然后对全帧型面阵CCDFTF5066M 的非均匀性进行了分析,并建立了一种响应非均匀性检测系统。利用该系统分别对面阵CCD5066M 的4 个象限之间的非均匀性和每个像元之间的非均匀性进行了检测。在CCD 响应度为线性的基础上,提出了两点校正算法并对非均匀性进行校正。通过校正4 个象限响应灵敏度的标准偏差降低到原来的1/13。通过对鉴别率板的重新拍摄,可以看出面阵CCD 的非均匀性得到了明显的改善。     

机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施

机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射,监测大气痕量气体的分布与变化,其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器,以现场可编辑门阵列（FPGA）为核心控制器的成像电路模块,设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路,接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号,将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程,并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286。实验证明满足大气污染气体的观测需求。