高帧频64×64元蓝光响应增强CCD

为了实现对快速运动目标的跟踪成像或记录其快速变化的过程,研制了一种高帧频64×64元蓝光响应增强CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构以提高其工作频率,光敏元采用多蓝光窗口来提高其蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50 Ω·cm从而提高了其红光响应,采用MPP技术来降低暗电流.器件的帧频为2 000 f/s,在450～900 nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到15 000∶1,暗电流为30 pA/cm2.     

高帧频CCD相机的抽帧显示技术

针对高帧频CCD相机的输出在普通监视器上不能显示的问题,研究了一种抽帧显示技术,以实现高速实时显示.采用现场可编程阵列(FPGA),将高帧频的图像数据进行行场标准制式的转换.转换后的数据经数模转换器转换成模拟信号,该模拟信号再与符合标准PAL电视制式的复合同步信号相混合,直接输出到普通监视器上显示CCD采集的图像.该显示技术不仅成本相对低廉,而且系统整体轻便,便于非办公室的场合应用.     

高帧频CCD图像传感器驱动时序设计

针对某高帧频CCD可见光相机的设计要求,提出一种可行的驱动时序设计方法.采用Samoff公司的VCCD512H面阵CCD传感器.结合多通路数据传输的思路分析了传感器驱动时序关系,以Xilinx公司的FPGA芯片XQ2V3000作为时序发生器并实现数据缓存,从而实现了时序发生器与数据缓存的一体化设计.在Xilinx-ISE9.1i开发环境下采用VHDL语言编程,通过Modelsim SE6.2b实现仿真,结果满足设计要求.     

高帧频大动态范围CMOS图像传感器时序控制电路的设计与实现

本文主要论述了CMOS图像传感器时序控制电路的系统设计和实现方法.针对双采样结构的图像传感器,分析了常用的并行式曝光方式和滚筒式曝光方式两种时序控制方法及其具体实现过程,并根据时序控制电路的功能仿真和在FPGA上的验证结果,对二者进行了比较,证明了这两种方法的可行性.     

高帧频低拖尾帧转移CCD驱动技术

帧转移CCD在先进高光谱遥感技术中具有非常重要的应用价值,而拖尾问题是其在高光谱成像等高帧频应用中存在的最大障碍之一。为了减小拖尾的影响,建立了驱动器、PCB传输线及CCD内部结构一体化的驱动信号传输模型,比传统模型能更准确地预测CCD内部和外部的驱动信号波形;仿真对比了各种典型参数对CCD驱动信号波形的影响,仿真与实测结果具有很好的一致性。根据仿真结果进行了高帧频帧转移CCD驱动电路的优化设计,实现了100 ns的行转移时间,在500 fps的帧频下获得了拖尾系数小于1%的驱动效果,为进一步提高CCD的工作帧频提供了保障。     

基于FPGA的大面阵CCD高帧频驱动电路设计

介绍了Dalsa公司的33M像素大面阵CCD的内部结构,着重分析了该款CCD的驱动时序.针对大面阵CCD图像传感器帧频较低的缺点,设计了基于现场可编程逻辑门阵列的驱动电路.改进了CCD芯片的偏置电压电路,提出了4 路同时输出以提高帧频的电路设计方法,最高帧频可达2.7帧/s ,相比单端输出时的0.7帧/s提高了约4倍.选用FPGA作为核心器件,使用VHDL语言设计驱动时序,在ISE和Modelsim环境下对所设计的驱动时序发生器进行仿真实验.实验结果表明,所设计的驱动电路能够满足大面阵CCD高帧频应用.     

高帧频CCD数据采集处理系统的设计

针对某高帧频CCD相机的设计要求,提出一种可行的CCD数据采集处理方法.由FPGA为CCD、A/D变换器提供控制信号,利用多通路数据传输的结构实现了高速图像数据的同步采样,并由高速A/D芯片AD9942实现数据的模/数转换.创新性地将控制信号和数据缓存集成在一片FPGA上,仿真结果能够很好地实现CCD高速数据采集处理.     

CMOS 64×64焦平面高帧频摄像机的研制

给出了CMOS 64×64焦平面高帧频摄像机的电路框图,叙述了摄像机的工作原理.详细地叙述了焦平面、探测器响应度、信号读出电路的设计以及摄像机的可靠性设计,并给出了焦平面的工作时序图.     

基于DMD的高动态图像超高帧频显示方法

数字微镜器件(DMD)在用于高帧频探测系统的功能和性能测试时,必须保证DMD能够超高帧频显示图像,而传统的脉冲宽度调制(PWM)方法的显示帧频受限于DMD加载数据所需的最短耗时,无法满足实际需求.为了解决这一问题,驱动DMD超高帧频显示高动态范围的图像,在结合DMD硬件特性和传统PWM理论的基础上,利用图像叠加背景光显示技术,提出了一种改进的脉冲宽度调制DMD实现灰度图像显示的方法.适用于8位灰度以上的高动态范围图像的DMD超高帧频显示,实验表明,该方法将8位灰度图像的DMD显示帧频提高到1 kHz.     

基于 Camera Link 接口的高帧频数字图像采集显示系统

设计了基于 FPGA 的嵌入式图像采集显示系统,并对该系统采用的接口协议、匹配端口和软硬件架构进行了研究.给出了系统各个功能模块的设计方法,对系统中接口模块的信号时序和图像数据缓存处理架构进行了软件编写及仿真.实验结果表明:满足了降低成本、节约空间、提高系统稳定性和工作带宽的要求.     

大动态高灵敏1024×1024 EMCCD研制

随着硅材料质量的提升和半导体工艺技术的发展,低温制冷下电荷耦合器件(CCD)的暗电流已经可以忽略,此时放大器成了主要的噪声源,限制了对微弱信号的检测。采用电子倍增技术,通过对电荷包在进入输出节点前进行放大,可有效抑制放大器的噪声。然而,电荷包放大后容易饱和,会限制器件的动态范围。本研究采用浮置栅放大器对电荷包进行无损检测。根据检测结果,大的电荷包直接输出,小的电荷包通过电子倍增放大后再输出,获得高灵敏度的同时兼顾了大的动态范围。根据实际测试结构,在10^-4 Lx光照下得到了良好的微光成像效果,同时动态范围可达15万倍。     

一种高帧频数字相机实时显示系统的研制

针对高帧频数字摄像机没有模拟输出,不能在普通的视频监视器上显示的问题,研究设计了一种用于高帧频数字摄像机的实时显示系统.利用FPGA实现相应的转换控制,实现方法是将数字摄像机输出的图像数据,首先进行Camera Link标准到TTL标准的转换,转换后的数据存储在FPGA中的双端口存储器中.然后对存储器中的图像数据按一定标准进行读取,并经过数/模转换产生模拟信号,叠加符合国家标准的视频同步信号,最后转换成为标准视频信号,可在普通监视器上显示图像.另外变换后的信号有利于远距离传输,并且可使系统调光时采用普通视频信号检测.采用此种小型系统能使非标准摄像机应用得到进一步扩展.     

基于相对比率的高帧频图像采集器设计与实现

为了在机器视觉应用中是实现高动态范围（high dynamic range,HDR）图像采集,提出了一种基于检测像素相对比率的新型图像采集系统。提出的图像采集器使用全差分电路检测信号比,由基于数字计数器的紧凑列并行读出电路捕捉像素的脉冲宽度调制输出。并设计了相应的光电流比检测像素方法,能独立地捕捉局部场景特征。实验结果显示提出的COMS图像传感器性能较好,当标称帧频为9600帧/秒时,提出的32×32像素阵列原型CMOS图像传感器消耗了4 mW的功率;当最大帧频为24000帧/秒时,此图像传感器消耗了6.8 mW的功率。     

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.     

基于SOPC的高帧频数字图像采集显示系统

为了代替PC机对高帧频数字图像进行实时采集显示,使用片上系统(SOC)和可编程片上系统(SOPC)的设计方法,设计了基于NiosⅡ软核的嵌入式图像采集显示系统。依据系统功能需求设计出系统架构,给出了系统各个功能模块的设计方法,对系统中接口模块的信号时序和图像数据缓存处理架构进行了软件编写及仿真。描述了应用该系统所进行的高帧频图像采集显示实验,并分析了系统性能。实验结果表明:对于帧频高达1 230帧/s、分辨率为128×128的图像源,该系统可以对其进行实时的采集显示。满足了降低成本、节约空间、提高系统稳定性和工作带宽的要求。     

高帧频面阵CCD探测器应用技术研究

分析了高帧频帧转移面阵CCD的工作机制,设计了驱动电路和信号处理电路,获得了帧频为130帧/秒的高清晰图像,并提出了一种采用遮光板来提高帧频的新方法.该方法将帧频提高到了400帧/秒,具有较高的有效曝光比,并进一步改善了图像的质量.     

基于DMD的高帧频红外灰度图像播放器设计

由于红外系统复杂度越来越高,用靶场实验方式测试系统的性能指标已变得十分高昂,甚至无法实现。利用红外图像模拟器来测试红外系统的性能指标是一种经济、实用的办法。本文设计了一款基于DMD的8位灰度红外图像播放器,详细阐述了系统各功能模块的作用,并使用自制的红外热像仪测试了系统的相关性能指标。经测试播放器线性相关度为0.99997,图像非均匀性优于1.7%(含热像仪),图像帧频为252.5 f/s,能够满足大多数红外成像系统仿真与测试的需求。     

高帧频视频图像预处理电路的设计与实现

针对高帧频图像传感器所获取的模拟视频图像在模数转换中所遇到的问题,设计了视频图像预处理电路.该电路通过阻抗匹配、视频放大、视频箝位、同步分离、同步切割、低通滤波及直流偏置调整与驱动等主要环节,不仅消除了图像采集中产生的各种噪声信号,而且将模拟视频图像信号调整到模数转换器所要求的动态范围内.实验结果表明,通过所设计的视频预处理电路所得到的图像具有时延小、质量好、清晰稳定、信噪比高的优点.     

瞬态成像模式下高帧频CMOS图像传感器性能研究

高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性,在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能,首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素,超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式;从像素结构出发,对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析;搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台,对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试,并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明:与稳态工作模式相比,瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声,但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式,具有更高的信噪比和动态范围,与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。     

基于CPLD的高帧频CMOS相机驱动电路设计

依据Micron公司MI-MV13型高帧频互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器驱动控制时序关系,设计了高帧频相机驱动控制时序.选用Actel公司复杂的可编程逻辑器件及其开发系统,并利用硬件描述语言实现了驱动时序及控制时序.实验表明,设计的控制驱动时序完全能满足图像传感器的要求.