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。     

高分辨率大面阵微型相机设计

小型化相机是支持低成本微型飞行器或微小卫星对地观测等多项应用的关键设备,由此提出了一种高分辨率大面阵的小型化成像系统。首先预估了该成像系统用于目标观测的像元分辨率和幅宽。然后阐述了该系统的电子学方案,对其中的关键芯片OV14825的工作原理进行了介绍,并分析了基于FPGA的串行差分数据接收转发的软件设计。最后基于设计的相机样机开展了成像实验,在13m成像距离条件下获取图像分辨率优于0.5mm,而且图像细节丰富,层次分明,证明该方案切实可行。高分辨率大面阵微型相机具有很好的应用价值。     

基于FPGA的高速图像存储系统的设计

针对遥测试验中产生的高帧频、高分辨率的图像数据实时存储等问题,设计了一种高速图像存储系统。该系统以Spartan 6系列FPGA作为核心处理器,采集高速工业相机以base模式输出的像素数据,并对DDR3缓存时序进行优化,最后通过SATA2.0接口存入固态硬盘中。试验完成后,通过千兆以太网接口回读数据至上位机并进行显示。测试结果表明,该系统能够对71 f/s帧频、2048×1088像素的高速图像数据进行长时间可靠存储与显示,该设计有较高的移植性和应用价值。     

基于FPGA和MV-D1024E相机的图像采集系统

分析了MV-D1024E系列高帧频CMOS相机的工作时序和参数,阐述了CAMERA-LINK接口协议,并对高速数据流的存储与处理机制进行分析,利用FPGA实现了相机的数据接口和控制,并设计灵活的USB接口,利用PC机作为参数输入和显示界面,完成一个从图像采集到存储、显示的高帧频图像采集系统的设计.该系统可靠性好、集成度高、功耗低,且满足不依赖于PC机的图像采集系统的应用要求.     

采用双目立体相机的实时集成成像拍摄系统

提出了一种基于双目立体相机的实时集成成像拍摄系统。不同于采用传统的摄像机阵列,该系统采用双目相机对三维场景进行拍摄,有效地简化了集成成像拍摄系统的结构。该系统首先利用双目相机获取三维场景的左右视差图,然后上传到图形处理器生成三维场景的高分辨率深度图,之后利用深度图和彩色纹理图在图形处理器中并行生成新视点视差图像,并利用像素映射算法生成高分辨率微图像阵列,实现实时的集成成像显示。实验中系统获取的深度图像素数目是微软Kinect2获取深度图像素数目的4.25倍,当系统运行在1 920 pixel1 080 pixel、99视点数的环境下,可实现三维场景的实时拍摄与显示,实验结果证明了所提系统的可行性。     

基于FPGA和MV—D1024E相机的图像采集系统

分析了MV—D1024E系列高帧频CMOS相机的工作时序和参数,阐述了CAMERA—LINK接口协议,并对高速数据流的存储与处理机制进行分析,利用FPGA实现了相机的数据接口和控制,并设计灵活的USB接口,利用PC机作为参数输入和显示界面,完成一个从图像采集到存储、显示的高帧频图像采集系统的设计。该系统可靠性好、集成度高、功耗低,且满足不依赖于PC机的图像采集系统的应用要求。     

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.     

基于千兆网的高帧频视频采集系统

高帧频视频图像采集是测试技术领域的重要组成部分,系统根据B码时统的高精度信号,由控制计算机通过软件修正摄像机曝光信号时间,实现了高帧频视频图像和测控数据的同步采集,设计了一种无信息损失的高帧频(1 000 F/s)、高分辨率视频图像和测控数据同步采集系统。利用千兆以太网把图像数据从相机的FLASH内无失真转储到计算机硬盘内,并在转储过程中把同步测量数据合成到对应的图像帧频上。     

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。     

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。     

A 1.25-inch 60-frames/s 8.3-M-pixel digital-output CMOS image sensor

The ultrahigh-definition television (UDTV) camera system requires an image sensor having four times higher resolution and two times higher frame rate than the conventional HDTV systems. Also, an image sensor with a small optical format and low power consumption is required for practical UDTV camera systems. To respond to these requirements, we have developed an 8.3-M-pixel digital-output CMOS active pixel sensor (APS) for the UDTV application. It features an optical format of 1.25inch, low power consumption of less than 600 mW at dark, while reproducing a low-noise, 60-frames/s progressive scan image. The image sensor is equipped with 1920 on-chip 10-bit analog-to-digital converters and outputs digital data stream through 16 parallel output ports. Design considerations to reproduce a low-noise, high-resolution image at high frame rate of 60 fps are described. Implementation and experimental results of the 8.3-M-pixel CMOS APS are presented.     

高分辨率侦察图像压缩卡的设计

利用高分辨率CCD相机和高速数字信号处理器,设计了一套实时处理的高速图像压缩系统.阐述了系统的主要硬件设计过程和软件设计过程,并结合小波变换和SPIHT编码算法的特点采用了快速编码算法,同时根据DSP流水线的特点对程序代码进行了优化,其结果表明本系统能够实现实时处理的要求,并且解码后的重建图像质量也能够被接受.     

基于CPLD的面阵CCD图像传感器驱动时序发生器设计

在分析FTT1010-M型面阵CCD图像传感器驱动时序关系的基础上,设计了可调曝光时间的面阵CCD图像传感器驱动时序发生器.选用CPLD器件作为硬件设计平台,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述.采用Quartus II对所设计的驱动时序发生器进行了功能仿真,并针对ALTERA公司的EPM7160SLC84-10进行了RTL级仿真及配置.系统测试结果表明,所设计的驱动时序发生器不仅可以满足面阵CCD图像传感器的驱动要求,而且还能够调节其曝光时间.     

高清图像质量的关键--理解高清,用好摄像机

介绍了高清晰度电视的最新发展状况,阐述了高清晰度图像以及电视分解力与图像清晰度的关系,分析了高清图像拍摄的特殊要求,指出了提高高清图像质量的关键在于用好摄像机和光照,并创造良好的拍摄环境.     

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。     

基于AD9928A的CCD摄像机的AFE设计

选用ADI公司的AD9928A芯片进行CCD图像传感器的AFE模拟前端设计,包含对AFE模拟前端硬件设计以及驱动时序的研究.主要应用于安防道路智能分析,具有图像分辨率高、噪声小,帧率高、色彩真实鲜亮、超高动态范围等优点,适合基于CCD摄像机的智能分析和图像识别系统.     

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。