面阵CCD芯片KAI-1010M的高速驱动系统设计

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构和驱动时序,采用新方法和低成本器件设计了该CCD芯片的驱动电路,把电源和电机控制的脉冲宽度调制技术引入CCD驱动电路,采用超高速运放驱动高速负压信号以减小其上升沿和下降沿时间,达到高速低成本驱动要求,解决了驱动设计中的技术难点.实验结果表明,此CCD驱动系统采用低成本的器件,性能好、成本低、能够同时输出两路CCD电压信号,数据输出速率达15frtame/s,满足空间测绘相机的系统设计要求.若进一步改进电路,数据输出速率可达27frame/s.     

高分辨率CCD芯片FTF4052M的驱动系统设计

CCD芯片的驱动系统是数字航测相机的核心部分,它关系到整个相机的性能和技术指标。介绍了高分辨率全帧CCD芯片FTF4052M的内部结构和驱动时序,采用集成芯片设计了该CCD芯片的驱动电路并应用于数字航测相机系统,其中包括驱动电路的时序设计和所需偏置电源的设计。集成芯片SAA8103为驱动CCD芯片提供脉冲信号,与TDA9991协调工作产生CCD垂直行驱动时钟,与74ACT04芯片配合产生驱动CCD芯片的水平像素转移时钟。实验结果表明,此CCD驱动系统采用大规模专用集成芯片进行设计,具有性能好,功耗低,体积小的优点,能够输出两路CCD电压信号,数据输出速率达2帧/s,满足了数字航测相机系统的设计要求。     

一种高速线阵CCD图像数据采集系统

介绍了一种可用于小颗粒物质色选的高速线阵CCD图像数据采集系统.文中介绍了CCD传感器元件RL1024P的驱动设计方法和采用图像数字转换器XRD98L59对CCD输出信号进行高速A/D转换的设计方法.设计全部采用Verilog语言进行硬件描述,并利用ISE 4.2软件对所设计的各部分电路进行仿真,最后对FPGA器件进行了编程和硬件的电路调试,实现了CCD图像数据采集系统.该系统的设计新颖实用,技术指标达到设计要求,它以其优异的性能已成功的应用于色选系统中,并且得到了比较理想的数字图像数据.     

一种高速线阵CCD图像数据采集系统

介绍了一种可用于小颗粒物质色选的高速线阵CCD图像数据采集系统.文中介绍了CCD传感器元件RL1024P的驱动设计方法和采用图像数字转换器XRD98L59对CCD输出信号进行高速A/D转换的设计方法.设计全部采用Verilog语言进行硬件描述,并利用ISE 4.2软件对所设计的各部分电路进行仿真,最后对FPGA器件进行了编程和硬件的电路调试,实现了CCD图像数据采集系统.该系统的设计新颖实用,技术指标达到设计要求,它以其优异的性能已成功的应用于色选系统中,并且得到了比较理想的数字图像数据.     

电子倍增CCD星相机的设计

针对导航领域对星相机的性能要求,通过在星相机中应用新型的电子倍增CCD(EMCCD),设计一种探测能力强、数据更新快的成像系统。说明了EMCCD工作原理,分析了EMCCD信噪比,介绍了基于TC285电子倍增CCD的星相机的设计方案,给出了CCD驱动电路、视频信号处理电路以及时序控制器的设计。用模拟拍星实验和实际拍星实验验证了所设计的相机的性能,同时对相机的应用进行了初步分析。通过分析实验图像的信噪比说明了设计的星相机具备在积分时间8ms以内探测6等星的能力,且其图像数据更新频率可达10frame/s,满足用短积分时间进行快速星光成像的要求。     

高速线阵CCD驱动与数据采集系统设计北大核心CSCD

以TCD1708D为感光元件设计了高速线阵CCD驱动与数据采集系统。分析了CCD同步时序的要求,选用EP4CE10F17C8作为主控芯片,利用Verilog HDL语言设计CCD驱动信号,设计了驱动硬件电路驱动CCD得到准确的输出。分析了CCD输出信号特征,使用虚拟仪器技术完成了对CCD奇偶双路模拟输出信号的采集,以LabVIEW为平台开发了上位机软件,采用NI-DAQmx驱动程序控制PCI-6115,实现了高速线阵CCD数据采集,并且能够实时显示CCD波形、图像数据。实验结果表明采集的数据边缘特征清楚,该系统结合了FPGA和虚拟仪器技术的优势,驱动运行稳定,数据采集准确,程序可移植性强。     

用于高速测量的CCD激光位移传感器的研究

介绍了一种用于高速测量的CCD激光位移传感器测量系统,可用于高速、实时地测量运动物体的位移或高速振动。传感器测量系统由光学系统、具有7500像元的高速线阵CCD、转换速率达40MHz的高速ADC、高速缓存FIFO、比较器筛选电路、CPLD时钟驱动电路、像元脉冲计数器和数字信号处理器DSP构成。在系统中采用自适应控制方法,通过调节激光的发射频率和输出电流强度来调节发射激光光强,从而适应各种被测对象和外界环境条件。采用特殊设计的比较器筛选电路来控制FIFO对高速AD采样数据的存储和DSP对高速FIFO中数据的读取,使 FIFO只存储CCD输出的有效像元信号,从而减轻了DSP数据处理的负担,实现对CCD传感器信号的采集与处理同时进行,以满足高速测量的需要。实验表明数据转换速率可达40M,最小采样间隔时间为0.1ms。     

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.     

单片机在CMOS APS图像采集系统中的应用

近年来CMOS APS(active pixel sensor,有源图像传感器)发展较快,成为图像传感器市场中CCD的有力竞争者,在抗模糊、单电源供电、低功耗方面优势显著,而且由于集成度高,一般芯片内集成有模拟信号处理电路和A/D转换,信号直接数字输出,使成像系统外围电路简单,可以实现系统的小型化和低功耗.在带I2C总线控制接口的LM9617CMOS图像传感器成像系统的设计中,采用单片机8051模拟I2C总线进行相机控制,并控制CPLD器件产生相机时序,完成了图像的采集和数据存储控制.这种图像采集系统可以实现相机的微小化和低成本,应用领域广泛.     

高速CCD激光位移传感器

介绍了一种用于高速测量的CCD激光位移传感器测量系统,可用于高速、实时地测量运动物体的位移或高速振动.传感器测量系统由光学系统、7 500像元的高速线阵CCD、转换速率达40 MHz的高速ADC、高速缓存FIFO、比较器筛选电路、CPLD时钟驱动电路、像元脉冲计数器和数字信号处理器(DSP)构成.系统采用自适应控制方法,通过调节激光的发射频率和输出电流强度来调节发射激光光强,从而适应各种被测对象和外界环境条件.采用特殊设计的比较器筛选电路来控制FIFO对高速A/D采样数据的存储和DSP对高速FIFO中数据的读取,使FIFO只存储CCD输出的有效像元信号,从而减轻DSP数据处理的负担,实现对CCD传感器信号的采集与处理同时进行,满足高速测量的需要.实验结果表明,数据转换速率可达40 M,最小采样间隔时间为0.1 ms,位移分辨率为0.01 mm,重复性为0.01 mm.     

大面阵CCD图像实时显示系统的设计

为解决基于CameraLink接口的相机必须使用专用采集卡和系统机才能显示的问题,设计了一种结构简单、携带方便的图像实时显示系统。该系统采用2片SDRAM对图像进行交替缓存,并在Xilinx公司的Spatan3系列现场可编程门阵列(FPGA)中完成了较为复杂的主要控制逻辑。将CameraLink输入的图像经过拼接、BIN等预处理后缓存到1片SDRAM,同时按照一定格式以25frame(50field)/s的速度读出另1片SDRAM中的图像,经ADV7300转换成模拟电视信号后送到模拟显示器显示。结果表明,在相机帧频为3.6frame/s时,该系统可以实时显示大面阵CCD数字航测相机拍摄的图像,能观察不同分辨率的图像以及原图像任何部位的细节,并能根据天气条件调整显示亮度以更好地观察图像。该系统只包含1块电路板和1个模拟显示器,已成功应用于4008×5344面阵的CCD数字航测相机中。     

高质量X射线检测数字化成像及图像采集

X射线数字成像检测是工业无损检测的新技术.非胶片实时数字成像检测以其高效率、低成本,特别是数字图像的可交换性和存储方便等特点成为射线检测的发展趋势.通常使用的由射线像增强器、视频摄像机、图像采集卡和计算机组成的系统成像质量差且只能在低能X射线下使用,作者经过反复研究和实验,研制了基于单晶闪烁屏和科学级CCD相机的可用于高、低能X射线高分辨率、高对比灵敏度数字成像检测系统.介绍了整个检测系统的组成,设计了科学级制冷CCD相机、预处理电路、A/D转换电路、微机EPP方式快速数据采集电路和软件等.给出了某铝铸件(厚150mm)在加速器高能X射线下的成像结果.实验证明该系统比普通像增强器和视频相机组成的系统具有适应射线能量范围宽和成像质量好的优点(成像时间长一些).系统的空间分辨率大于3lp/mm, 检测物体50mm(等效钢厚)以上时,对比度灵敏度小于1%.     

利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度,实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程,利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列,实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法,掩模形状决定了帧速,帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明,通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后,对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模,基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证,获得了14幅79pixel×79pixel的图像,其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。     

遥感卫星CCD相机模拟源的研制

针对遥感卫星上存在多种CCD相机组合,相机模拟源在地面电测系统及星上遥测数据链存在3种不同模拟任务的需求,利用大规模可编程器件、高速阵列存取技术、锁相环(PLL)频率调整技术和软硬件可编程图像处理技术,研制了一种适用于不同CCD相机模拟任务的模拟源系统。该系统支持多台设备级联,单台设备能够模拟输出4通道的并行16bit LVDS信号、4路串行LVDS信号和4路串行NECL信号,其单通道并行LVDS数据像素频率为0.3～200 MHz,以0.1MHz步进可调,且单次循环输出容量最大可达8TB。通过简单配置,可产生符合CCSDS协议的遥感相机回放数据,并可对实时输出信号的行频和数据时钟相位进行调整。本系统已成功运用于多个型号空间相机的研制测试中,提高了空间相机的研制效率和设备利用率,改善了研制遥感卫星及CCD相机系统的测试验证手段。     

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。     

超高分辨率CCD成像系统的设计

介绍了基于50 Mpixel超高分辨率全帧型CCD芯片KAF50100的成像系统设计方法.该系统采用幕帘式焦平面机械快门对CCD进行曝光控制,CCD输出图像信号在专用模拟前端(AFE)芯片AD9845B中进行处理和模数(A/D)转换后,经现场可编程门阵列(FPGA)缓存和排序,通过低压差分信号(LVDS)接口发送至上位机.系统中所有驱动时序和控制信号均由FPGA产生,上位机通过RS422总线对系统进行命令控制.针对KAF50100四路输出不均匀性问题提出了基于最小二乘法拟合的校正方法.实验验证表明,系统可在KAF50100的最大速度模式下工作,像素读出速度为4×18 MHz,最大帧速为1 frame/s,电路读出随机噪声为2.76@12bit,动态范围为63.4db.该成像系统设计方法可以充分发挥KAF50100的性能,并且具有良好的通用性和扩展性,可以广泛应用于超高分辨率CCD成像系统的设计中,如可见光水下探测、卫星遥感、天文观测等.     

帧转移型面阵CCD驱动电路的设计

本文采用帧转移型面阵CCD FT18作为传感器件,设计了一种高帧频大面阵CCD的驱动电路。这种高速驱动电路能够保证在跟踪视频不变的情况下增加成像系统的视场角,满足了大视场搜索目标的要求。本文在介绍面阵CCD FT18的结构和特点的基础上,完成了FT18的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比。系统在设计完后进行了辐射定标,从定标实验数据可以看出CCD响应度为线性,验证了驱动电路工作正常。整个系统采用现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率。     

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路.应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器自己开发的科学级CCD 相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高.通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB.