实时频谱分析仪高速采样时钟设计

随着实时频谱分析仪分析带宽的提高,对采样电路提出了更高的要求.本文分析了时钟抖动对实时宽带频谱分析仪高速采样电路的性能影响,根据设计需求设计、仿真并实现了高性能的采样时钟电路.     

大面阵高帧频CMOS成像电子学系统设计

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求,设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统,实现高帧频、大视场的成像需求;采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH,解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题;通过图像处理的方法,提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标;通过图像实时像元校正,提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明,图像信噪比(SNR)平均值为44dB,接近探测器的最大信噪比(SNR);光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%,满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统,为工程应用提供了保障。     

基于IBIS5-B-1300的视频采集和显示系统设计

设计了一个基于CMOS图像传感器的视频采集和实时显示系统,详细介绍了系统的软硬件设计。系统采用IBIS5-B-1300作为视频采集的核心器件,通过数字编码器BT856将图像传感器采集到的图像数据实时地转换为兼容模拟监视器的复合视频信号,实现了视频的高速采集和实时显示。实验结果表明:该系统成像清晰可靠,实时性高,图像采集和显示帧率均达到50帧/s,能够很好地完成高速视频采集与监视的任务。     

动态图像处理系统的设计与研究

利用CMOS图像传感器与DSP芯片构成一个高速动态成像系统。由DSP电路驱动CMOS芯片并通过片上AD变换后输出数字信号并即时进行处理。利用这个系统进行了单帧与连续帧的图像采样实验,获得了比较理想的结果。证明了采样频率越高,其对于运动物体的测量数据就越准确。整个系统结构简单,性能可靠,可以灵活地改变三种获取图像的模式,便于对图像信息进行数字化处理。     

X线阵探测器实时成像系统的设计

为了解决工业无损检测x线的数字化成像问题。本文介绍了一种基于TCP／IP通信协议的X射线无损检测扫描成像系统,阐述了探测器数据接收与成像的基本原理及技术实现,进行了系统硬件和软件的设计。试验结果表明,X-SCANX射线线阵列探测器可以实现16bit高速图像数据获取。空间分辨率可达0．4mm。并取得了比较满意的x射线图像效果。     

时空过采样系统及其在点目标检测中的性能仿真

从成像探测体制出发,对过采样扫描系统的光学系统、电子学系统等模块分别进行了数学建模,并对点目标和场景图像进行了仿真实验。仿真过程中提出了一种对有限图像大量分割代替连续图像的建模思想和方法,在matlab环境中对源点目标图像和场景以及探测器扫描积分过程进行仿真,并对过采样图像进行图像融合。仿真结果给出了不同过采样倍数以及点目标位于不同相位时的信噪比变化和信噪比随积分时间增长的变化曲线。仿真结果表明,过采样探测系统融合后的图像虽然能够增大点目标在图像上的尺寸,但融合后的图像会增大高频噪声,造成检测概率降低,虚警率增大。文章最后给出了利用小孔模拟点目标成像的实验,进一步证实了仿真结果的正确性,说明时空过采样系统并不适合用于点目标检测。     

声光可调谐滤波成像光谱仪的CCD成像电子学系统

考虑声光可调谐滤波(AOTF)成像光谱仪的需求,设计了它的CCD成像电子学系统.选用e2v公司的CCD芯片CCD57-10作为图像传感器,提出了DC/DC+ LDO的架构实现各偏置电压;基于现场可编程门阵列(FPGA)等器件产生驱动时钟,AD9826完成CCD输出模拟信号到数字信号的转换,并通过USB及CameraLink接口与计算机通信.设计了CCD保护电路,并优化了数模混合电路的印刷电路板(PCB)布局结构.对各功能单元的实际测试表明:各偏置电压纹波噪声峰峰值小于10 mV;AD转换精度达12 bit;系统能够正确成像,图像传输速率可达10 frame/s,图像信噪比优于54 dB,系统总功耗不足5W.设计结果满足AOTF成像光谱仪对CCD成像电子学系统的要求.     

高分辨6LiF/ZnS中子闪烁体探测器读出电子学研制

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源的在建谱仪，其衍射探测器90°分区采用⁶LiF/ZnS中子探测器作为探测设备，对成像空间分辨能力提出了更高的要求。为了提高中子闪烁体探测器的位置分辨能力，电子学系统提出了利用重心法实现数据采集电路，并研制了配套的读出电子学样机。该系统主要包括数据采集电路、前置放大电路和数字读出电路3个部分，分别实现：高效采集⁶LiF/ZnS中子探测器发送的数据、将探测器探测到的微弱信号进行放大整形、处理经放大滤波后的信号。在实验室分别利用万用表、示波器和信号产生器对电子学系统调试完成后，最后在中国散裂中子源20号束线带束进行了相关参数测试，束线测试结果表明，探测器位置分辨能力达2 mm，满足工程设计指标。     

高速CCD图像数据光纤传输系统

本文提出了一种多路高速CCD图像数据光纤并行传输系统,并应用于空间遥感相机中。设计并实现了单路有效数据率最高可达1.28Gbps的光纤传输通道。阐述了系统设计思想,光纤传输通道结构,并对其中的关键技术高速总线接口、高速串行光电接口等进行了详细分析。实际完成了5通道TDICCD图像数据光纤并行传输系统,总有效数据率高达5.7Gbps。通过实验证明该系统工作稳定可靠,实时传输效果好,无误码,满足了高速多通道CCD图像数据的高速率,远距离传输要求。     

一种新型高灵敏度三维成像系统电路设计

随着激光雷达成像探测技术的发展,人们对微弱信号的探测及目标三维成像需求越来越迫切。为满足在微弱光条件下目标三维成像的需求,本文提出了一种基于SPMArray4阵列光电探测器的新型高灵敏度三维成像探测系统,设计了目标微弱回波信号读出电路,并重点对系统接收电路测距模块作了设计,有效增加了测距精度,为后续信号处理和三维成像提供了条件。     

基于最大灰度梯度的经纬仪自动调焦技术

本文提出了一种基于最大灰度梯度的经纬仪自动对焦方法,以CMOS相机为图像传感器,用计算机进行数据处理并控制驱动电路来调整相机镜头的位置,从而达到自动调焦的目的。系统首先选择包含主体成像目标的最小区域作为对焦选择区域,不仅有效地节省了系统对图像的处理时间,而且极大地减小了复杂背景对精确调焦的干扰,提高了调焦准确率;其次对边缘上任意可能的梯度方向都求出它的梯度,比较后得到每个边缘点的最大梯度,最后采用最大灰度梯度作为系统的自动聚焦判距。试验结果表明：本文调焦算法具有单峰性强、无偏性好、灵敏度高、稳定性好等特点,系统的对焦分辨率在0.01－0.02 mm范围之内,完全能够满足经纬仪第一像面焦深的调焦要求,并具有可实时性操作的优点,具有较好的应用前景及推广价值。     

基于AVR和CPLD的数字图像采集系统

本文介绍了一种基于AVR单片机和CPLD组成的嵌入式数字图像采集系统。通过CMOS图像传感器与CPLD进行时序匹配后将图像数据直接写入系统存储区SRAM内、MCU通过访问SR8M获得图像数据后，既可以运用相关算法自行处理．也可以将数据传输至PC机处理．灵活地实现了高速图像采集．     

采用最大灰度梯度法实现经纬仪自动调焦控制

提出了一种基于最大灰度梯度的经纬仪自动对焦方法,以CMOS相机为图像传感器,用计算机进行数据处理并控制驱动电路调整相机镜头的位置来实现自动调焦.首先,选择包含主体成像目标的最小区域作为对焦选择区域,不仅有效地节省了系统处理图像的时间,而且极大地减小了复杂背景对精确调焦的干扰,提高了调焦准确率;其次,求出边缘上任意可能梯度方向的梯度,比较后得到每个边缘点的最大梯度;最后,采用最大灰度梯度作为系统的自动聚焦判距.实验结果表明,系统的调焦分辨率为0.01～0.02 mm,能够满足经纬仪第一像面焦深的调焦要求.该调焦算法具有单峰性强、无偏性好、灵敏度高、稳定性好以及可实时性操作等特点.     

基于SOPC的智能车辆道路识别与跟踪

对基于PC的道路识别系统进行改进,利用SOPC技术在以单片FPGA芯片为核心的硬件平台上,完成了包括3×3窗口模块、改进的快速中值滤波、基于自适应阈值的Sobel边缘检测和Hough变换等图像预处理功能。通过μC/OS-II嵌入式实时操作系统来调度系统初始化、数据接收、道路识别、车辆控制和状态监控等任务,保证了视频导航的实时性要求。静态道路图像识别和实际道路行驶测试表明,该系统在一定干扰的情况下,成功实现了视频导航功能,具有较强的道路识别跟踪能力,且在速度、价格、灵活性上有很大的优势。     

基于数据融合和改进MoCo的工业机器人抖动原因识别

实际工程中工业机器人受关节控制参数不佳易引起末端抖动，抖动原因识别有助于定位关节异常及优化控制。而工业机器人抖动原因识别存在周期信号冗余度高、抖动方向多及抖动状态样本标签缺失的问题，故提出基于数据融合和改进动量对比学习(MoCo)的工业机器人抖动原因识别方法。首先，对工业机器人末端各传感器数据依次进行数据降维、数据扩充、水平拼接融合及降维，构建充足且全面反映抖动方向及状态信息的融合样本。其中，数据融合前降维可降低周期样本冗余度及提升样本融合效率，数据融合后降维可避免融合样本过长导致模型训练复杂度增加。其次，在MoCo前标记少量融合样本由正编码器分类通道输出监督信息，引导特征聚类。然后，改进对比学习策略，将正编码器提取的无标签融合数据特征与动量编码器保存的负样本特征的聚类中心进行对比，去除特征相似度最高的聚类中心以降低对比类别错误的假负样本干扰。并通过对称调换两个编码器的输入进行两次对比损失计算，完成编码器训练。最后，在编码器分类通道后添加Softmax分类器完成工业机器人抖动原因识别。实验结果表明，所提方法在不同工况的工业机器人抖动原因识别准确率均在90%以上，证明了该方法的有效性。     

自适应窗口形状的中值滤波

中值滤波去除噪声的同时,难免出现含有线形图像的边缘轮廓信息跟随丢失的情况。为了达到滤除图像噪声最大化,有用信息损失最小化的目的,根据图像边缘特征选择或设计了适当大小和形状的窗口来进行中值滤波等操作。一方面,创新性地提出将Hough变换应用到车轮裂缝CT图像的滤波窗口形状的选择上,针对单一方向轮廓的图像,利用Hough变换检测出裂缝的方向,从而采用与裂缝形状相应的窗口对裂缝进行有针对性滤波,将该方法与传统方法进行了对比实验,并将60层滤波后切片图像堆栈得到了三维图像;另一方面,针对含有多个方向轮廓的图像,为了进一步改善滤波效果,提出根据像素梯度设计斜向滤波器,对多方向的线对进行滤波,数据显示经改进方法滤波后图像的峰值信噪比(PSNR)较传统的中值滤波提高了4~6,结构相似性(SSIM)提高了1%~2%左右,最后用683层荞麦切片CT图堆栈得到三维图像,对比滤波前后图像,可知该方法滤波效果良好。     

基于SDRAM的高分辨力高速图像缓存

提出了一种用CPLD和SDRAM在DSP的控制下进行高分辨力高速图像缓存的方法。该方法采用CPLD将CMOS图像传感器输出的数字图像数据进行调制后直接缓存到SDRAM中。图像缓存过程由DSP启动,在缓存过程中,SDRAM写操作首先被图像传感器的输出时钟触发,然后由SDRAM的主时钟进行同步,在一帧图像采集完成后CPLD通知DSP图像采集结束。这种方法实现了分辨力为2048×1536的图像在采样时钟频率为48MH z下的采集。     

基于CMOS传感器的循迹智能车路径识别研究

介绍了基于CMOS传感器的图像采集的方法,并对赛道信息的提取与识别进行了深入研究。给出了CMOS图像采集的工作原理、硬件设计和软件实现,通过分析差分法和传统边缘检测算法的优缺点,提出了一种更为优越的黑色指引线提取算法——跟踪边缘检测算法,并精确提取指引线的相关参数,设计路径判别器,从而识别赛道路况。实验表明,此方法有更高的执行效率和判别准度,适用于循迹智能车。     

一种用于POCT的嵌入式实时图像采集处理系统

本文设计并构建了一种基于带有数字处理模块FPGA的实时图像采集处理系统,介绍了该系统的软硬件设计和构建流程。调试结果表明该系统能在TFT显示屏上实时显示130万像素,15fps的视频图像。该系统可用于POCT（Point-of-care Test）中生化分析结果中图像信号的采集和处理,为POCT仪器提供了一种新的硬件平台。实验结果表明,该系统提供的高分辨率的彩色图像能够满足生化分析中图像信号的检测工作。     

高精度图像测量系统

图像测量系统的测量原理是通过处理被测物体图像的边缘而获得物体的几何参数。为提高图像测量系统的测量精度,本文提出了一种具有保持特征和滤波功能的十字窗口边缘自动检测算法。该算法能有效地抑制图像边缘检测中的噪声,并且能对非均匀照明的图像进行自动变阈值设置,从而能准确地检测出图像边缘。并在此基础上,又提出了以多项式插值为原理的新的亚像元边缘检测算法,使图像测量系统的CCD摄像机的分辨率提高约60倍。