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CMOS图像传感器控制系统设计与优化

作　者: 周津
导　师: 姚素英
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: CMOS图像传感器控制系统 IIC总线积分时间自适应大动态范围
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本论文是国家自然科学基金项目《基于深亚微米工艺、大动态范围、千万像素CMOS图像传感器关键技术研究》中的一部分。CMOS图像传感器具有工艺成熟、制造成本低、集成度高、随机存取、读出速度快、低电压和低功耗等特点,经过一段时间的发展,已经成为图像处理技术中不可缺少的设备,并在数码照相摄像、移动通讯产品、安全监控、汽车安全气囊、指纹识别等领域得到广泛的应用。该项目的开展具有很强的理论创新意义,同时对于其辅助控制系统的研究,也将使得CMOS图像传感器具有更广阔的市场应用前景。本文主要阐述了CMOS图像传感器控制系统的设计与实现方法。论文详细分析了图像传感器阵列和各功能模块的结构。在控制模块的设计中采用自顶向下的方法,根据各控制信号之间的时序关系,完成了模块划分,并加入了IIC总线通讯、窗体尺寸选择、拍摄模式选择和时钟分频等扩展功能,运用Verilog硬件描述语言进行各子模块的程序设计、仿真以及整体模块的调试。另外,针对该图像传感器控制单元,提出了积分时间自适应调节和大动态范围设计的优化设计,完成了功能仿真。整体控制系统采用基于FPGA的外围控制电路对控制信号和像素数据进行转发,并使用并口(EPP)协议与PC机进行通讯。利用Windows平台的Visual C++设计环境开发出用于图像数据显示、存储的人机交互软件,同时具有参数调整功能。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章绪论  7-10
  1.1 CMOS图像传感器概述  7-8
  1.2 CMOS图像传感器控制系统发展现况  8
  1.3 选题的目的和意义  8-10
第2章 CMOS图像传感器的结构和工作原理  10-45
  2.1 CMOS图像传感器的系统结构  10-11
    2.1.1 CMOS图像传感器的设计要求  10
    2.1.2 CMOS图像传感器的总体结构  10-11
  2.2 CMOS图像传感器各功能模块工作原理  11-21
    2.2.1 像素阵列  11-13
    2.2.2 一级放大器  13-14
    2.2.3 列并行单斜模/数转换器  14-18
    2.2.4 多路选择器  18-21
  2.3 CMOS图像传感器控制模块设计  21-42
    2.3.1 控制模块结构  21-26
    2.3.2 IIC通讯与寄存器模块  26-34
    2.3.3 起始复位模块  34-36
    2.3.4 像素放大器模块  36-39
    2.3.5 模/数转换器模块  39-41
    2.3.6 多路选择器模块  41-42
  2.4 整体仿真验证  42-45
第3章 CMOS图像传感器控制系统设计  45-54
  3.1 FPGA实验板  45-49
    3.1.1 IIC总线通讯  46
    3.1.2 并口通讯协议  46-49
  3.2 PC机人机交互软件  49-54
    3.2.1 界面设计  49-51
    3.2.2 并口通讯设计  51-52
    3.2.3 程序设计  52-53
    3.2.4 测试结果  53-54
第4章系统设计优化  54-63
  4.1 积分时间自适应调节  54-56
    4.1.1 图像数据统计  54-55
    4.1.2 积分时间调节  55-56
  4.2 大动态范围设计  56-63
    4.2.1 基本工作原理  57-59
    4.2.2 传感器的设计与实现  59-61
    4.2.3 模拟与仿真结果  61-63
第5章总结  63-64
参考文献  64-66
发表论文和科研情况说明  66-67
  发表的论文:  66
   参与的科研项目:  66-67
致谢  67

CMOS图像传感器控制系统设计与优化

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