一种CCD相机的视频处理电路设计与噪声分析

为使CCD相机系统能够捕获到高信噪比的图像,介绍了一种视频处理器TDA9965的应用电路设计,简述了其内部组成框图及工作原理。利用某型号TDI CCD作为系统传感器,成功实现了对CCD输出模拟视频信号的量化处理,能够使相机系统完成实时采集图像等任务。同时分析了视频处理器电路设计对相机系统图像信噪比的影响,以电源噪声为干扰源,具体计算了在电路设计不合理和改进设计后两种情况下,CCD相机图像信噪比的变化,并通过试验测试验证,合理的电路设计可以使图像的信噪比提高20 dB以上,从而说明了视频处理电路合理设计的重要性,为高速高信噪比CCD相机的研制提供了技术基础。     

高分辨率大面阵CCD相机的高帧频设计

目前采用高分辨率全帧CCD FTF4052作图像传感器的航拍相机帧频一般不超过1 f/s,不能满足高帧频应用.文章对FTF4052基本驱动电路进行了改进,利用CCD四个输出放大器进行同时输出,使最高帧频达到了3.4 f/s.介绍了四路输出时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.     

高清视频光纤传输技术

为了将一种基于通道链路(Channel Link)技术的专用接口格式的相机高清视频图像进行高速无压缩光纤传输,采用了对相机信号直接高速采样、数据无损处理和编码传输的设计方法.通过自制相机信号源进行传输验证和使用实物相机进行高清视频图像实时传输实验,获得了监视器视频图像显示正常、信号时序无变化的结果,从而表明传输系统满足高清视频图像传输要求,具有高速、无视频丢帧和链路同步快的特点.     

大视场TDI CCD相机静态传递函数实时检测与记录系统

为了解决大视场TDI CCD相机静态传递函数(下面简称传函)检测过程中传函图像受环境影响较大、检测准确度不高等问题,设计了一种静态传函实时检测与记录系统。首先,根据大视场TDICCD相机静态传函图像特征,建立一个实时检测与记录的硬件和软件平台,实时接收相机输出的图像数据。其次,分析清晰靶标图像和模糊靶标图像的特征,设置区分两者的静态传函阈值,从实时接收的靶标图像中选取清晰靶标图像作为检测样本。然后,对靶标图像样本中的所有TDI CCD像元处的静态传函进行计算并做均值处理,将靶标图像样本的图像数据和静态传函值进行记录以便于后期分析处理。最后,对大视场TDI CCD相机5个通道进行静态传函的实时检测,记录20帧靶标图像样本的平均静态传函值,分析每个通道静态传函的标准偏差。实验结果表明:系统在选取0.01作为静态传函阈值的情况下,大视场TDI CCD相机每个通道静态传函值的标准偏差均小于1%,有效去除了模糊靶标图像引起的检测误差,提高了静态传函检测的精度和效率。     

多帧累加平均技术在红外实时图像处理中的应用

文章通过对红外热像仪系统图像表征特性的分析，提出了红外图像多帧累加平均实时图像处理技术，并阐述了在红外热像仪中该图像处理技术的具体实现，并通过实验证明该方法实现了沿着运动轨迹进行帧间滤波，而且实现视频图像的实时显示，从而使多帧累加平均技术对于运动红外图像序列具有较好的处理效果。     

CCD成像系统的模拟自校图形设计

目前航天遥感领域CCD自校图形都是数字式的,仅能在数字链路上检测FPGA逻辑模块和图像数据传输模块,而视频AD模块一直未能实现在轨检测。提出了一种驱动芯片+数模转换芯片的架构,搭建了易行可靠的电路,仿照CCD视频信号格式,并与CCD信号通过电容直接耦合到视频AD输入端。选用FPGA模块来产生与CCD像素时钟同频的逻辑信号,然后输出给驱动芯片EL7156。驱动芯片的低压输出取决于FPGA控制的数模转换芯片的模拟输出,高压输出不变,从而实现灰度变化。当CCD正常工作时,FPGA模块控制模拟自校图形输出为高阻状态,对CCD工作影响微乎其微。试验结果表明:模拟自校图形能与CCD视频信号互不干扰,并可与之分时送入视频AD模块,达到检测整个CCD成像系统工作状态的目的。该电路可检测多个视频AD模块,简单易行且占用很小的PCB空间,所选芯片具有航天应用可靠性。     

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.     

数字化相机在检测中的应用

数字化相机可以把模拟视频信号通过CCD传感器变成数字化数据,这种转换处理要在视频数据与主处理系统同步前完成。在相机中对视频信号数字化的优点是大大地减少视频信号在数字化之前的电磁和射频干扰,也可把数字化视频存储在相机中的存储器中。当相机接收视频信息,便可把视频信号数字化,存储和实时图像处理,如自动增益和偏差校正以及简单的图像处理,这些处理的目的是在图像数据到达主处理系统之前,视频信号质量得到改善。在模拟处理中,只能对视频信息做初步校正。     

基于图像采集卡的图像显示与处理软件开发

利用图像采集卡与计算机构成图像处理系统开发了一款软件,用于采集显示CCD相机整机系统输出的图像并计算输出图像调制度,为相机系统的综合像质评价提供依据。充分利用Matrox公司为其图像采集卡提供的二次开发函数库MIL库,在VC++6.0开发环境中调用MIL库函数实现了相机系统输出图像的显示、存储和调制度计算等功能,并对主要程序算法进行优化,提高了软件的性能。实验室测试表明,该软件能实时显示输出图像并进行相应的处理,调制度计算结果准确,软件运行稳定。利用图像采集卡自带的函数库开发图像显示和处理软件,缩短了开发周期,提高了软件运行可靠性。     

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。     

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。     

基于CPLD的面阵CCD驱动电路设计

在透射电子显微镜相机的研制中,针对SONY行间转移面阵CCD ICX285AL图像传感器,设计了一款基于CPLD的面阵CCD驱动电路。以Altera公司的CPLD芯片EPM570T100作为时序发生器产生CCD驱动信号和相关双采样控制信号,并搭建了驱动器电路和直流偏压电路。在QuartusⅡ13.1开发环境下利用Verilog HDL语言编程,并利用Model Sim SE 10.1进行仿真测试。实验结果表明,以CPLD为核心的驱动电路能够产生符合CCD要求的驱动脉冲和偏置电压,可稳定地输出CCD视频信号。     

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.     

燃油喷雾内部构造可视化的激光CT技术(2)——对柴油机喷雾的应用

本文介绍了作者设计的燃油喷雾的激光CT测试系统,其中采用红宝石脉冲激光器作光源,CCD(Charge coupled device)摄象机作探测器,并配置了P540数字图象处理系统。利用红宝石脉冲激光和CCD的特性,实时地将燃油喷雾采集到数字图象处理系统上。用ART对喷雾图象进行重建,成功地实现了燃油喷雾内部构造的三维可视化。     

积累型微光CCD摄像机

积累型微光ＣＣＤ摄像机是利用ＣＣＤ变积累控制技术而研制成功的一种高灵敏高摄像机，该成果所采用的技术路线是提出对微光图像信号进行积分，抑制随机噪声利用ＣＣＤ图顺具有的电荷积累特性，改变其读取转移时间，延长信号在ＣＣＤ靶面上累积电荷的时间，从而提高静目标或亚静目标的灵敏度，同时，研制了一系列抑制装置，从而有效地提高了信噪比。     

面阵CCD电视摄像机直接像元采集的新方法

针对ＣＣＤ电视摄像机在精密数字图像测量等研究领域中应用的要求，为进一步提高数据采集系统的精度，研制了一种对面阵ＣＣＤ电视摄像机的各像元信号进行直接采集的系统。着重在信号相关双采样电路（ＣＤＳ）、高速Ａ／Ｄ转换电路、图像数据存储与ＩＢＭ－ＰＣ微机之间的数据传输进行实验。     

CCD摄像快速瞄准的误差补偿方法研究

针对尺寸大、厚度薄、形状复杂的大型变压器铁心硅钢片尺寸与形状测试，研究了一种以CCD摄像头作为瞄准装置的非接触式摄像快速瞄准方法。通过快速采集被测物铁心硅钢片边缘轮廓图像信息，利用图像处理技术进行快速瞄准的误差自动补偿，提高了大型变压器铁心硅钢片测试系统的瞄准精度。     

激光电弧复合焊视觉传感系统及熔池背面图像的检测

在激光电弧(MIG)复合对接焊中，焊缝成形尤其焊缝根部(反面)成形状况的好坏，是衡量复合焊焊接质量及其适应能力的重要指标。为研究视觉信号和焊缝根部成形的关系，建立了由辅助照明光源、可触发拍摄的CCD摄像机、以电弧焊接电流为信号源的触发电路以及图像采集卡组成的视觉传感系统。通过在工件底面拍摄的方法，得到了清晰的熔池背面实时图像。分析了拍摄过程的成像机制，并开发了一套算法实时检测背面熔宽、坡口间隙宽度以及熔池相对坡口的偏移量，结果表明实时检测到的熔宽和实际的焊缝背面宽度有很好的对应关系。     

CCD图像传感器拖尾的研究

对帧转移型CCD的结构进行分析，研究了造成垂直拖尾的原因，找到解决问题的方法。在摄像机系统中运用数字处理技术，实时地降低了垂直拖尾对图像的影响。