基于线阵CCD的高速光谱信息采集系统的研究

针对爆炸时刻光谱信息量大、存在时间短的特点,设计了一款基于线阵CCD高速光谱信息采集系统.系统以FPGA作为主控芯片不仅为CCD提供工作时序,同时还控制着信号调理、模数转换和光谱信息的存储与传输.最后,通过USB串行总线将采集到的光谱信息传输至上位机进行后续处理.结果表明,利用该系统可在一次爆炸过程的100ns时间内完成四个时刻爆轰温度的测量,具有较高的测量精度和速度,可实现爆轰过程中高速动态光谱信息的采集与存储,并可应用于其它瞬态信息的获取领域.     

炸药爆轰瞬时温度的实时测量

针对爆轰时刻光谱的特点,结合多光谱测温的理论基础,采用高速率线阵CCD,设计了瞬时多光谱爆轰测温系统。通过FPGA对各个模块进行控制,完成数据的采集、存储和传输;结合多项式回归算法,拟合出爆轰瞬间光谱信息的动态波形图。在标定过程中,采用两束激光特征谱线630和532nm进行CCD的标定,确定出对应的像元序号分别是175和270。对卤钨灯的表面温度进行实时监测表明:基于高速线阵CCD的多光谱测温系统可以完成多个时刻的瞬时光谱采集;在40MHz的高速时钟驱动下,CCD的帧频可以稳定工作在73kHz。     

高分辨率光谱仪线阵CCD采集系统设计

为了满足高分辨率光谱仪高灵敏度、高分辨率、低噪声的技术要求,设计了用于微光成像系统的背照式CCD驱动电路及主控电路。线阵CCD采集系统采用Altera公司的MAX X系列FPGA作为核心控制器件,为线阵CCD提供多路驱动信号;线阵CCD探测器输出模拟信号经过信号预处理及AD采样,变换为数字信号后通过USB接口模块发送给光谱仪。通过将线阵CCD采集系统安装到高分辨率光谱仪,对汞灯谱线进行特征峰测试,光谱分辨率可以达到0.062 nm,满足高分辨率光谱仪的探测要求。     

高速便携式近红外光栅光谱仪光电系统设计

设计制作了一种基于线阵CCD和USB2.0数据采集系统的高速便携式近红外光栅光谱仪。分光系统采用平面光栅、球面反射镜的准直和成像系统,实现了平谱面和较小的谱线弯曲（﹤4.2%）,利于CCD探测器接收。测控系统采用FPGA和USB2.0接口技术,不仅优化了硬件电路结构,而且大大提高了数据采集速度,最快可达2MB/S。对测量结果进行分析,并给出了波长标定结果。实验结果表明,该光谱仪高速便携,波长精度可达1nm。     

基于MPC8270的处理器板卡设计

随着海洋地震勘探发展,为了实现海洋地震勘探采集数据的实时传输和处理,设计了一种基于MPC8270的地震数据采集处理板卡;根据海洋地震数据采集处理的实时性和大数据量要求以及MPC8270处理器的特性,设计了基于MPC8270和FPGA的CPCI总线通信结构,能够实现地震数据的高速实时传输;详细介绍了MPC8270的关键外围电路、FPGA及CPCI总线电路的硬件设计及实现方法,并在实际应用中给出了板卡嵌入式操作系统VxWorks配置的实现方式;板卡以MPC8270作为核心处理器,以FPGA为控制核心电路,以VxWorks为实时操作系统,实现地震数据的高速处理和CPCI总线实时传输功能;经过多次实验室内部测试及海上实际生产应用,结果表明地震数据采集处理板卡能够实现地震数据的高速处理和实时传输,并且板卡性能稳定可靠;板卡的设计简单,结构通用,对数据处理、总线控制和信息交换等领域相关系统的开发具有一定的参考价值。     

基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统设计

针对单个线阵相机在大视场下传感器边缘失光的问题,提出了在保证分辨率的前提下使用多个相对较低像素的相机拼接,对视场进行分担的方法,设计了一种基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统。详细介绍了系统的工作原理、硬件构成和各芯片的程序设计,实现了基于FPGA的多相机图像实时校正算法,并将校正后的图像通过高速USB芯片传输到采集软件。实验结果表明,系统在大视场下相比单相机在视场边缘具有更好的成像质量,可应用于多离散目标的检测。     

用基于DSP的线阵CCD实现二维图像信号采集的系统设计

对光电转换系统，尤其是采集信号的后处理进行了研究。介绍了在光电精密数据采集处理中通过DSP用硬件实现对CCD信号的采集和处理过程。给出了对CCD信号进行边缘识别的微分算法和将线阵CCD信号进行组合，恢复出二维图像信号的算法。同时还给出了详细的硬件处理电路。重点介绍了DSP与FIFO的数据传输、DSP与USB的接口电路。解决了一般情况下系统无法做到的用线阵CCD实现二维图像信号复原的问题。通过实验，证明了该方法的有效性。线阵CCD信号是以若干线段的形式存在的，特别适用于激光雕刻机图像采集系统，应用前景广阔。     

光电子技术与器件 光电成像与器件

TN386.52006054463高速线阵CCD信号采集电路设计=Design of high speedlinear CCDsignal acquisition circuit[刊,中]/李翰山(西安工业学院电子信息工程学院.陕西,西安(710032)),雷志勇…//西安工业学院学报.—2006,26(2).—136-141为实现高速弹丸信号采集,提出了利用CPLD与高速A/D转换芯片相结合,设计高速高灵敏度的CCD信号采集电路。根据线阵CCD的工作时序和A/D转换速率要求,采用MAX plusⅡ的图形编译软件,自行设计高速线阵IL-E2CCD芯片内部时序,并结合AD9224芯片特点设计与CCD芯片接口的外围驱动与采集电路,采用LVDS技…     

面阵CCD信号采集系统的噪声抑制

分析了CCD输出噪声及其一般抑制方法,提出了一种基于面阵CCD信号采集系统的噪声抑制方法。设计了CCD信号采集系统的噪声抑制电路和处理电路,应用于CCD442A型面阵CCD;并使用积分球对采集系统进行辐射定标,计算得到系统的信噪比。仿真和辐射定标实验表明,该面阵CCD信号采集系统具有相关双采样和暗电平校正功能,抑制了CCD输出信号的复位噪声和暗电流噪声;在中等照度条件下,系统信噪比达到40dB。     

一种低成本线阵CCD驱动与数据采集处理系统的研究

探索了一种在低成本下实现线阵CCD输出信号快速采集以及与PC通信的方法。讨论了线阵CCD系统的整体结构及工作流程。采用VHDL语言编写了驱动程序,实现了CCD的正确工作。利用DSP实现了对下位CCD的控制,在控制程序中利用"乒乓原理"实现了线阵CCD的数据采集,并同时给PC快速上传数据。基于Visual C++6.0平台编写了PC机控制软件,实现了对硬件电路的控制和对CCD输出信号的分析处理。     

基于FPGA的快速脉冲数据采集及处理系统设计

为了提高脉冲信号多参数提取的准确性,从而更精确地表征细胞多种物理和生化特性,设计了基于FPGA 的快速脉冲数据采集与处理系统。首先,采用对时间窗口和幅值同时设定阈值的方法,有效避免了噪声对有效脉冲识别的影响;其次,采用FPGA实现数据采集、快速数字滤波、以及脉冲峰值、面积和脉宽三个参数的提取,并利用FPGA作为外部主控制器实现对USB芯片CY7C68013A内部FIFO的控制,实现脉冲数据的高速处理、传输;最后,对系统的可行性及准确性进行了实验。实验结果表明,本系统能够对脉冲信号进行有效实时识别和高准确度的参数提取,同时USB的数据传输速度可达29.8MB/S,满足系统数据传输的实时性要求。     

双通道高速数据采集处理平台的设计与实现

为满足数字式测向接收机对高速数据采集和处理的需求,研制了高速数据采集处理平台,该平台基于ADC12D1800RF模数转换器实现了两路1.35GHz中频信号的带通采样,以Xilinx公司V7系列FPGA为数据处理器,采用高速DDR3作为存储设备解决了海量数据存储问题,并通过高速串行接口（GTX/SRIO）实现了大容量数据的实时传输。该平台的测试结果为：1.8GHz采样率时有效位数大于8bit,DDR3存储器的工作主频可达1333MHz,GTX接口在10Gbps速率下工作时,其误码率小于10-9,上述测试结果表明该平台可以高速、准确地实现信号采集、数据传输、存储和处理,达到了预期设计目标。     

基于线阵CCD的图像采集系统设计

介绍了一种快速提取边缘特征信息的图像采集系统设计方法。该方法以C8051f060单片机为控制核心, 结合外围环形硬件电路实现对线阵CCD图像传感器的驱动,采用简单的预处理电路将两路CCD输出信号转变为一路可利用的视频信号,再利用单片机的A/D转换模块对视频信号进行模数转换和串口通信将数字图像数据发送到上位机等待后续处理。该系统电路设计较简单,集成度高,成本低,避免了以往设计方法的不足,通过实验结果表明：该系统具有较好的抗干扰性和稳定性,产生的驱动信号符合CCD工作需求,可以快速、高效完成对含有边缘特征信号的采集并实现高精度测量。     

基于FPGA并行处理的实时图像相关速度计

研究制作了一种采用高速线阵CCD的实时相关速度计,其测量数据的输出速率可达每秒一万次。针对以往光学相关测速方法的问题进行了讨论,探讨了适合FPGA并行处理的算法,制作了高速线阵CCD摄像机及其处理装置。通过实验验证了系统的可行性和可实现性。     

多核DSP高速实时信号处理系统设计

介绍了基于TI公司多核定点DSP(TMS320C6474)的高速实时数字信号处理系统。系统利用FPGA作为控制单元和转接芯片,通过SRIO接口作为DSP芯片的数据输入输出接口,具有信号处理能力超高、输入输出接口简洁、以及存储能力较大的优点。在软件实现中,利用了乒乓数据吞吐,静态内存分配技术和三核软件同步机制,通过优化算法,高效地实现了三核DSP实时信号处理,计算效率达到了设计要求。在项目图像信号实时处理中得到了成功应用,取得了良好的效果。     

Integration of digital signal processing technologies with pulsed electron paramagnetic resonance imaging

The integration of modern data acquisition and digital signal processing (DSP) technologies with Fourier transform electron paramagnetic resonance (FT-EPR) imaging at radiofrequencies (RF) is described. The FT-EPR system operates at a Larmor frequency (L(f)) of 300MHz to facilitate in vivo studies. This relatively low frequency L(f), in conjunction with our approximately 10MHz signal bandwidth, enables the use of direct free induction decay time-locked subsampling (TLSS). This particular technique provides advantages by eliminating the traditional analog intermediate frequency downconversion stage along with the corresponding noise sources. TLSS also results in manageable sample rates that facilitate the design of DSP-based data acquisition and image processing platforms. More specifically, we utilize a high-speed field programmable gate array (FPGA) and a DSP processor to perform advanced real-time signal and image processing. The migration to a DSP-based configuration offers the benefits of improved EPR system performance, as well as increased adaptability to various EPR system configurations (i.e., software configurable systems instead of hardware reconfigurations). The required modifications to the FT-EPR system design are described, with focus on the addition of DSP technologies including the application-specific hardware, software, and firmware developed for the FPGA and DSP processor. The first results of using real-time DSP technologies in conjunction with direct detection bandpass sampling to implement EPR imaging at RF frequencies are presented.