高分辨高灵敏度 CCD图像传感器驱动时序设计许涛1,张振海1, *,石志国2,张东红3,侯帅1,张亮1,王健1,

在分析面阵CCD图像传感器结构和驱动时序基础上,针对高分辨率高灵敏度ICX694ALG大面阵CCD图像传感器 ,研究其驱动时序发生器。以现场可编程门阵列 ( FPGA) 作为硬件平台 ,通过Verilog HDL硬件描述语言对该驱动时序发生器进行了硬件描述,采用ISE软件进行功能仿真,并针对XILINX公司的可编程逻辑器件XC3S1000进行了硬件适配。仿真测试表明,FPGA驱动时序发生器能够满足高分辨高灵敏ICX694ALG大面阵CCD图像传感器驱动要求,达到了设计要求。     

一种用硬件实现的Bayer格式图像恢复算法

针对传统的双线性Bayer彩色图像恢复算法恢复效果不理想,边界部分不明显,局部图像有团块等问题,提出了一种基于硬件实现的Bayer图像快速插值算法。采用梯度算法对Bayer格式图像绿色通道进行恢复,根据像素点所属的颜色组对蓝色通道进行恢复。实验结果表明,本文算法比双线性法有更好的峰值信噪比(PSNR)值,RGB 3个通道的PSNR值均比双线性法高5 dB以上,而且算法消耗时间比双线性法少,恢复的图像视觉效果更好。实验处理一幅512×512的全彩图像仅需要9.3 ms,完全可以满足实时性的要求,因此,本文算法在对实时性要求高的场合有很好的应用前景。     

高分辨率CCD图像传感器及CCD摄像机的性能评价

研究了ＣＣＤ图像传感器及ＣＣＤ摄像机的性能及测试方法。重点探讨了高分辨率的ＣＣＤ摄像机的成像特点。论述了高分辨率ＣＣＤ图像传感器和高分辨率ＣＣＤ摄像机的性能。这些性能与当前厂商提供的商用ＣＣＤ摄像机有许多不同之处。评价高分辨率ＣＣＤ图像传感器的性能主要有灵敏度、动态范围、分辨率和拖影。评价高分辨率ＣＣＤ摄像机性能有灵敏度、最小照度、分辨率和光学格式等。给出了高分辨ＣＣＤ摄像机的性能评价实例,简述了其工艺特点和技术特点。     

基于线阵CCD反狙击探测仪的研制

针对传统反狙击探测方法主动性差、定位精度低的不足,提出了一种运用"猫眼效应"原理实现激光主动探测的反狙击方法.系统采用半导体激光器作为光源,以线阵CCD作为激光回波探测器.光学系统将一定角度的接收视场和线阵CCD的2 160个像元位置相对应,探测精度可达mrad量级.CCD工作时序由FPGA产生,其程序可在线编译.结合帧减和阈值比较算法,最大程度上剔除了噪声,试验探测距离可达250 m.     

基于CNN的红外图像边缘检测算法的FPGA实现

提出了一种以现场可编程门阵列为硬件处理器实现基于细胞神经网络的红外图像边缘检测方法.首先利用simulink的算法行为特性搭建红外图像输入模块,获得相关的红外图像头信息并对红外图像像素值范围进行相应变化,然后根据细胞神经网络模板所创建的查找表设计单个细胞元软核,再利用细胞神经网络阵列的规则性和互联的局域性,将单个细胞元软核扩展成细胞神经网络阵列.最后采用modelsim将细胞神经网络阵列与红外图像输入、输出模块相关联,从而达到实时处理的效果.实验结果表明:基于现场可编程门阵列为硬件处理器平台实现的细胞神经网络对红外图像进行边缘检测取得了较好的效果,且与MATLAB软件仿真的结果进行对比得出两者只有极其微小的差别.在Xilinx公司Virtex-6系列的现场可编程门阵列平台上,综合后占用极少资源的情况下得到142.693 MHz的最高频率,并且达到了2.378 Mpixels/sec处理速度.     

基于CNN的红外图像边缘检测算法的FPGA实现

提出了一种以现场可编程门阵列为硬件处理器实现基于细胞神经网络的红外图像边缘检测方法.首先利用simulink的算法行为特性搭建红外图像输入模块,获得相关的红外图像头信息并对红外图像像素值范围进行相应变化,然后根据细胞神经网络模板所创建的查找表设计单个细胞元软核,再利用细胞神经网络阵列的规则性和互联的局域性,将单个细胞元软核扩展成细胞神经网络阵列.最后采用modelsim将细胞神经网络阵列与红外图像输入、输出模块相关联,从而达到实时处理的效果.实验结果表明:基于现场可编程门阵列为硬件处理器平台实现的细胞神经网络对红外图像进行边缘检测取得了较好的效果,且与MATLAB软件仿真的结果进行对比得出两者只有极其微小的差别.在Xilinx公司Virtex-6系列的现场可编程门阵列平台上,综合后占用极少资源的情况下得到142.693 MHz的最高频率,并且达到了2.378 Mpixels/sec处理速度.     

基于FPGA的CMOS图像传感器的驱动开发

对比分析了COMS图像传感器IBIS5-A-1300的两种工作模式,使用Verilog语言对图像传感器的驱动时序进行硬件的描述,并用ModelSim对卷帘模式的设计时序进行仿真。采用了Altera公司的cycloneⅡ系列器件EP2C20F48418进行配置和验证,结果证明了时序电路的正确性。该系统适用于航天领域空间图像采集任务。     

基于CCD与CMOS的图像传感技术

概述了CCD图像传感器的原理、特点及发展趋势。对CMOS图像传感器的结构和工作原理,尤其是CMOS与CCD两类图像传感之间的不同进行综述。重点介绍了CMOS图像传感器的研究现状和发展趋势。     

双CCD交汇测量系统结构参数的优化设计

对双 CCD交汇坐标测量的数学模型进行了误差分析 ,提出了最优结构参数的条件。通过计算机仿真的方法 ,对两 CCD交汇测量的结构参数进行了优化设计 ,得出了在不同靶面尺寸时的优化结果。从理论上证明了在双 CCD交汇坐标测量时“光轴正交交汇”的结论     

基于CCD图像的火灾空间定位方法

大空间中火源的空间位置的定位,一直是火灾自动探测与自动扑救中的难点。研究了一种利用单一CCD摄像头进行火灾自动空间定位的方法。根据计算机视觉原理,利用固定在自动消防水炮末端的CCD摄像头随水炮旋转扫描时的角度、位移变化,将CCD摄像头在不同位置所拍摄的图像中火源图像坐标和火源的空间坐标建立联系,从而实现了火源空间位置的自动定位。     

无线激光通信协议的设计(英文)

研究了无线激光通信(FSO)与传统激光通信的区别,编制了一套FSO物理层收发协议。采用现场可编程门阵列(FPGA)完成收发机与外部电路的数据通信,利用先入先出(FIFO)存储器完成收发协议与外部系统的接口。设计的物理层收发协议主要完成发送数据的编码、串行化以及接收数据的解串行化和解码。仿真实验结果表明:设计的收发协议可实现在40 Mbps通信速率下的稳定工作,证明了该收发协议设计的可行性。     

无线激光通信协议的设计

研究了无线激光通信（FSO）与传统激光通信的区别,编制了一套FSO物理层收发协议。采用现场可编程门阵列（FPGA）完成收发机与外部电路的数据通信,利用先入先出（FIFO）存储器完成收发协议与外部系统的接口。设计的物理层收发协议主要完成发送数据的编码、串行化以及接收数据的解串行化和解码。仿真实验结果表明：设计的收发协议可实现在40 Mbps通信速率下的稳定工作,证明了该收发协议设计的可行性。     

可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计

针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪.光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400～1000 nm波段,近红外相机工作在1000～1700 nm波段.光谱仪控制系统以现场可编程门阵列...     

用于PZT调制干涉仪的外触发式差动数字鉴相技术

基于相位测量的外差干涉系统以其信号处理方面的优势在光学计量领域得到了广泛的应用。介绍了采用机械调制方法的差动单频干涉系统的干涉信号小数级次的相位测量实现方法。针对机械调制干涉系统的信号有相位跃变点且周期不均匀的特点 ,提出了利用外触发信号对干涉信号进行整周期截取而后再鉴相的方法。研制了基于 FPGA的外触发式差动数字鉴相系统。实验测试表明 ,该鉴相系统在信号频率为 30 0 Hz～ 10 k Hz范围内达到的指标为 :示值稳定性优于± 0 .0 15°,极限偏差小于± 0 .0 7°     

基于FPGA的千兆以太网光纤转换器的设计

根据实际高清晰度LED大屏幕显示器远距离的传输需求,为了解决千兆以太网5类非屏蔽双绞线最长100米传输距离的瓶颈问题,选用了传输距离较远的光纤取代原有的5类非屏蔽双绞线。出于成本考虑,不改变原有发送与接收系统结构,设计了一种千兆以太网光纤转换器,通过基于FPGA的光纤端和千兆以太网端数据格式的转换及控制模块的设计,实现了以太网双绞线和光纤两种介质间的相互转换。将该转换器应用于高清晰度LED显示屏的实时数字视频传输系统中,取得了良好的效果,实现了远达10千米的实时数字视频传输,满足了未来一段时期内用户的需求,达到了设计的预期目标。     

直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路研究

研制了一种应用于直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路.根据直接数字频率合成原理,利用现场可编程逻辑阵列产生频率可调方波去触发雪崩晶体管,以及雪崩晶体管的雪崩效应产生频率可调脉宽固定在3 ns的主体脉冲.该脉冲经过衰减器衰减得到合时的脉冲幅度.输出脉冲最高频率可到100 kHz,其输出电压幅度为9 V.     

基于FPGA的高速电光选通系统设计

介绍了一种获取高速调制电信号的新方法－基于FPGA的高速电光选通系统.此系统分为选通脉冲和高压调控两个模块.选通脉冲模块由高速信号放大、FPGA延时、可控延迟传输线三个部分组成.利用FPGA高密度、高可靠性、可反复擦写和可以现场编程、灵活调制的特点,将整个系统的主要控制部分集成在FPGA中,并将延时分为数字延时和模拟延时两部分.然后利用FPGA实现数字延时,可控延时线实现模拟延时.经试验检测,高压部分可以产生重复频率1 Hz~1 kHz,步进1 Hz,延时范围为0~1 μs,步进为1 ns,幅度为8 000 V,前沿和后沿小于10 ns,抖动小于1 ns的高压矩形电脉冲,从而满足各种电光调制系统中的需要.     

多通道CCD摄像机的数据采集和图像显示

针对多通道CCD摄像机 ,提出了一种多线程数据实时存储的方法。利用多线程提高硬盘读写速度 ,实现高速、大容量CCD摄像机数据的硬盘实时存储 ,并利用定时中断将多通道信号定时分块存储入硬盘 ,存储的CCD摄像机数据被转换为图像文件加以显示。系统的CCD摄像机通道达到 5个 ,每个通道的数据率达到 10MBit/s。通过实验 ,验证了该方法的正确性和有效性     

多点分段单步校正法在接触式图像传感器扫描仪上的实现

提出了一种接触式图像传感器(CIS)扫描仪非均匀校正的新方法,能够快速高效地完成对CIS扫描仪彩色图像的非均匀校正,消除了CIS的颜色差异。采用多点分段单步法进行标定,采用现场可编程门阵列实现校正,并最终得到颜色均匀的彩色图像。对于分辨率高达1200dpi的CIS扫描仪,采集一次样板纸完成全部颜色空间的分段标定,图像传输的同时完成校正,校正过程仅耗时0.125μs。实际应用效果显示校正后R,G,B三个通道的像素误差控制在5个像素以内,相比校正前图像均匀性提升10倍左右,比传统两点法提升3倍左右,且明显改善图像颜色突变、暗淡以及随机条纹等问题。