基于FPGA的大面阵CMOS相机高速率电子学系统设计

目前深空遥感探测多采用CCD作为高分辨率相机的传感器,相较于CCD,面阵CMOS驱动更简单、功耗更低、抗辐射能力更强,是深空遥感探测目前的发展趋势。为此,本文基于CMOSIS公司生产的型号为CMV20000,图像分辨率为5 120×3 840的CMOS探测器,设计完成了一个大面阵CMOS高分辨率相机,图像分辨率为5 120×3 840。详细阐述了以FPGA为核心的电子学系统的整体结构,结合CMV20000的工作模式和时序电路,实现了高分辨图像的高速传输以及数据校正。试验结果表明,设计的相机系统方案合理,解决了CMV20000数据无法对齐的数据校正问题,系统运行稳定可靠,安装光学系统后能够获取高质量图像。     

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。     

基于AM41V4传感器的高清高速CMOS相机系统设计

为满足国防、科研及工业中快速变化场景拍摄时,更高帧频、更大分辨率的要求,研发了一款高清高速相机。该文介绍了高分辨率高帧频CMOS图像传感器芯片AM41V4的功能与特点,并基于该芯片设计了一套高分辨率高帧频的相机系统,该系统使用FPGA作为整个系统的时序控制核心,以DDR动态存储器作为成像暂存器,可以依据试验场合的具体拍摄要求实现灵活多变的工作模式。相机系统在图像分辨率为1 920×1 080时帧频可达1 000fps,并具有实时监视功能。该系统具有拍摄速度快、成像清晰、高性能、灵活性好等优点,适用于高速运动目标的快速捕获与拍摄记录。     

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FPGA的CMOS图像采集系统设计

随着CMOS集成电路工艺的不断进步和完善，另一种获得图像数据的技术——CMOS图像传感技术发展十分迅速。本文以CMOS图像传感器OV7649为例，主要研究CMOS图像传感器的一般特征及其使用特点，并在分析OV7649输出格式和输出时序的基础上，结合FPGA芯片，设计了图像采集系统。     

CMOS相机控制及图像数据传输系统设计

介绍了相机控制接口与数字图像传输系统的设计方案,该系统是以EP2S30为传输通道控制核心实现基于PCI板卡的数字图像传输,采用FPGA模块设计和简洁的PCI9054中断控制,电路结构紧凑,功能完善,下栽的图像质量较高。     

基于FPGA的相机特殊时序调整系统设计

针对某型特殊时序的红外相机图像需要通过CameraLink图像采集卡进行采集并显示的工程需要,设计了基于FPGA的特殊时序调整及接口适配板卡。采用SignaTap测量红外相机的具体时序,在此基础上根据图像采集卡可以识别的时序对相机输出信号的时序进行调整。采用FPGA内部集成的FIFO模块实现像素时钟的改变和图像数据的存取。采用Verilog语音编程实现有效信号的提取和无效信号的屏蔽以及行、场同步信号的调整等,将特殊时序的相机信号调整为通用CameraLink图像采集卡可以识别的信号时序。试验结果证明,经过处理的图像信号可以由CameraLink采集卡正确采集并显示,显示图像正确、稳定。     

基于FPGA的星载成像系统设计

针对卫星上相机成像噪音高、灵敏度低以及国外垄断的问题,提出一种基于FPGA和国产CMOS图像传感器的空间相机成像系统设计,应用于小卫星的空间成像。系统采用高分辨率的国产CMOS图像传感器作为成像元件,使用Spartan-6系列的FPGA作为主控芯片,CMOS输出图像信号进入FPGA进行缓存和排序,再通过Camera Link接口发送到上位机。实验结果表明,系统能采集到2 048×1 024像素大小的图片,图像信噪比高于36 d B,优于CMOS传感器技术手册提供的参考值31 d B,成像效果良好,能满足小卫星的空间成像要求。     

CMOS相机控制及图像数据传输系统设计

介绍了相机控制接口与数字图像传输系统的设计方案,该系统是以EP2S30为传输通道控制核心实现基于PCI板卡的数字图像传输,采用FPGA模块设计和简洁的PCI9054中断控制,电路结构紧凑,功能完善,下载的图像质量较高.     

采用sCMOS相机测量暗弱天体可行性实验

通过实验验证了使用高灵敏度sCMOS相机进行暗弱恒星目标观测的可行性,获取多款相机极限探测能力,暗弱天体提取能力等指标;比较sCMOS相机与广泛应用于天体观测的EMCCD相机在暗弱天体观测领域的优缺点.验证了计算极限探测星等理论公式的准确性;通过对比sCMOS与EMCCD对同一暗弱恒星的拍摄图片,对使用sCMOS相机观测暗弱天体的可行性进行了有效分析.     

一种CMOS相机测量系统的设计

介绍了一种应用在空间项目中,可以对合作目标进行自动识别和测量的CMOS相机系统。相机系统以E2V公司生产的EV76C560AR为图像传感器;以V4系列FPGA和C67x系列DSP为图像处理核心。文中着重描述了相机系统中数据流的处理过程,包括图像压缩,多通道数据交换,数据通讯。使用FPGA实现图像数据流的H.264格式压缩;用FPGA控制RT端实现相机系统在1553B总线上的信息通讯;有限状态机实现了图像数据流在FPGA、DSP和SRAM间的交换。此相机测量系统已经在初样载荷上稳定工作。     

全景航空相机性能检测系统设计

为实现全景航空相机对地面目标的检测要求,根据其工作原理设计出一套可完成高精度、多参数航空相机的室内检测系统。首先在分析其性能指标和工作原理的基础上,给出了该检测系统的总体方案。详细设计了系统的主要组成部分:远目标模拟系统即大视场平行光管,动态图形发生系统等结构。提出平行光管和动态图形发生器核心参数的测试方法后,对所设计的检测系统进行实际测试,结果显示其整体性能满足所提设计要求。     

基于TDICCD空间相机图像模拟源系统设计

空间相机地面检测系统在投入使用之前,必须进行严格的自检功能测试。为了解决测试时与庞大的CCD相机系统对接造成的时间和物力资源浪费问题,本文结合TDICCD空间相机工作原理,设计了一种空间相机图像模拟源系统。本系统通过USB总线进行图像数据的下传,然后经SRAM缓存,并以流水线作业方式下载到FLASH中实现8通道图像数据的固存。并且可实现对相机行频大小、图像大小进行调整的功能,进而模拟不同型号空间相机。实验结果表明,该图像模拟源USB接口的下载速度可达到40 MB/s,空间相机地面检测系统显示的图像与上位机发送的图像一致,无数据丢失和误码的情况。该相机图像模拟源设计灵活,性能稳定可靠,适用范围广。     

低照度宽幅航空相机系统设计

为了满足低照度环境下航空影像信息快速获取的需求,对一种低照度宽幅成像系统进行了研究。基于相机摆扫成像的工作模式,明确了采用大相对孔径低畸变的光学系统,配合真空制冷的低噪声高灵敏度CMOS探测器成像,并通过高速振镜进行扫描像移补偿的技术路线。详细阐述了相机机械构型的设计思路,总结了一套可工程应用的低照度成像能力计算方法。研究了振镜补偿像移的基本原理,并对相机主体框架进行了仿真分析计算。依据该设计和研究结果,完成了低照度宽幅航空相机的加工装配。该相机具有0.1 m （航高1 km）地面像元分辨率, 成像照度适应范围为10~100000 lx,并且在速高比≤0.04时,可实现3倍航高的大收容宽度。系统的成像质量优良,实测镜头在77 lp/mm时,中心视场传递函数大于0.45。实验室和外场飞行试验所获取的图像清晰,对比度和分辨率高,可以满足使用需求。同时,该相机实际包络尺寸为190 mm×140 mm×140 mm,质量仅为2800 g,具有轻小型的特点。     

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。     

摄像机空中轨道拍摄控制系统设计

根据摄像机在空中轨道的拍摄需求,设计了一种由伺服电机驱动摄像机实现俯仰摇移运动功能的控制系统。所设计控制系统的硬件包括伺服电机、无线数传模块和控制摇杆等相关设备,控制平台由基于LabVIEW2012开发的软件系统实现。通过仿真和实验证明,该控制系统具有定位准确、响应迅速、操作简单等特点,为实现摄像机在空中轨道的稳定拍摄提供了可靠保证。     

基于DSP的运动相机控制系统设计

设计了一种基于DSP的运动相机控制系统,对相机做“重复启停”运动进行控制。使用TMS320LF2407控制ASM46AK—H100谐波减速步进电机,驱动相机很快到达指定位置进行拍照,实验数据表明可以重复拍摄周期且图像清晰。     

基于微机的摄像头监控系统设计

基于微型计算机和摄像头,设计一种智能监控系统,采用图像识别技术,在有入侵者时能自动启动记录程序,对入侵活动进行记录,入侵结束后记录也停止,这样可以节约大量的存贮空间,并方便后期的查找,实现了现场监控的实时化、智能化。在低成本投入的情况下,以简单的配置和简便的操作达到了高性能监控系统的功能。