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基于高帧频探测器的成像技术研究

作　者: 孙念
导　师: 胡炳樑
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 通信与信息系统
关键词: 成像电路高帧频面阵CCD FPGA 光谱成像学
分类号: TN386.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 10次
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内容摘要

高帧频面阵CCD传感器在成像质量方面具有优异的性能，如线性好、灵敏度高、噪声低、实时成像等，这些使得高帧频面阵CCD在工农业、科研、军事等领域获得了广泛地应用。目前，国内外都在积极开展视频面阵CCD相机的研究。本课题正是在此大背景下开展的，提出了基于TH7888A探测器的高帧频成像电路系统，帧频预计最高可达30帧，能够满足人眼对连续事物观察的需求。论文首先简要介绍了视频面阵CCD的发展历程、国内外的发展近况，分析了国内外视频面阵CCD相机的应用实例。然后介绍了CCD传感器的工作原理、成像特点等，并与CMOS传感器进行了比较。最后通过探讨国内外视频面阵CCD相机研制的现状和具体应用，总结出了本课题设计的意义。在成像电路的设计中，系统的核心部件是CCD探测器——Atmel公司生产的1024*1024可见光探测器TH7888A，本论文分析了该探测器的工作原理和输入输出特性，重点对其输出信号进行了相关的处理，最后针对这些特点和最终需要实现的功能分析出了整个成像电路的所有组成。详细地介绍了整个系统的供电模块、探测器驱动模块、AD转换模块、FPGA模块及USB模块等各个模块的硬件实现和逻辑设计。分析了Virtex系列FPGA的特点及其在本系统中的适用性，完成了基于XCV300FPGA的探测器驱动，AD芯片驱动、输出像元截取、时钟延迟和USB2.0传输的逻辑时序设计，最后通过系统仿真验证了各阶段设计的正确性和准确性。在硬件设计和逻辑设计完成之后，开展了一系列的成像电路硬件调试、时序逻辑设计调试和光电系统调试的实验。分析了在实验中遇到的各种问题以及解决方案。成像电路系统在可靠性和功耗方面都达到了要求，所成图像清晰，对比度较好，视频流连续。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外技术现状及趋势  10-11
  1.3 论文的主要内容和创新点  11-13
第二章 CCD 应用技术研究  13-21
  2.1 CCD 基本工作原理  13-15
  2.2 CCD 与 CMOS 成像的特点比较  15-17
  2.3 面阵 CCD 图像传感器  17-18
  2.4 本章小结  18-21
第三章可见光成像电路的硬件设计  21-39
  3.1 TH7888A 探测器输入输出的特性及工作过程  21-25
    3.1.1 探测器所需的偏置电压  21-22
    3.1.2 探测器所需的数字输入信号  22-23
    3.1.3 探测器的输出  23-25
  3.2 硬件系统任务分析及设计  25-37
    3.2.1 成像电路供电模块  27-29
    3.2.2 探测器驱动模块  29-30
    3.2.3 模拟信号数字化模块  30-33
    3.2.4 FPGA 模块  33-34
    3.2.5 图像信号输出模块  34-37
  3.3 本章小结  37-39
第四章成像电路的逻辑设计  39-49
  4.1 Xilinx FPGA 开发流程概述  39-40
  4.2 探测器驱动时序的设计  40-44
  4.3 AD9824 时序的设计  44-46
  4.4 数据发送模块  46-47
  4.5 本章小结  47-49
第五章实验结果与分析  49-59
  5.1 可见光成像电路的实验平台  49-51
  5.2 成像电路单板调试  51-55
    5.2.1 电源电路板单板调试  51
    5.2.2 探测器驱动电路调试  51-53
    5.2.3 AD9824 调试  53-54
    5.2.4 USB 接口数据采集调试  54-55
  5.3 光电系统联调  55-57
  5.4 本章小结  57-59
第六章总结与展望  59-63
  6.1 主要内容与成果  59-60
  6.2 研究展望  60-63
参考文献  63-67
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果  67

基于高帧频探测器的成像技术研究

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