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高速CMOS智能相机研究

作 者: 郭文豹
导 师: 魏仲慧
学 校: 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
专 业: 机械电子工程
关键词: CMOS图像传感器 智能相机 FPGA 非均匀校正
分类号: TB852.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


近年来,随着集成电路设计技术和工艺水平的不断提高,CMOS图像传感器发展迅速。目前CMOS图像传感器已经在信噪比、光灵敏度和动态范围等方面获得了与成熟的CCD图像传感器相近的性能。而CMOS图像传感器的优点更是CCD器件无法比拟的,它集成度高,控制灵活,并且功率以及成本都比较低。更重要的是,高速性是CMOS图像传感器的固有优势。因此在数字成像领域,尤其是高速数字成像领域,CMOS图像传感器逐渐占据越来越重要的地位。智能相机是利用光电成像技术形成的一种能从图像信号中实时地自动识别目标、提取目标的特征进而根据处理判别结果来控制现场设备动作的嵌入式机器视觉系统。它的输出是对数字图像理解和分析的结果,并不仅仅是一幅数字图像。在高速数字成像技术比较成熟的今天,对高速智能成像系统的研究具有更好的推动意义和实用价值。本文介绍了CMOS传感器及智能成像系统的发展及现状,详细分析了Cypress公司LUPA1300-2型CMOS图像传感器的结构性能和技术特点,并阐述了智能相机的工作原理、结构特点,分析了实现智能相机系统的硬件和软件的技术基础。在此基础上,基于Xilinx公司的XC4VFX12FFG668型FPGA设计实现了一台高速CMOS智能成像系统。使用Verilog HDL语言设计了时序电路,完成对CMOS传感器的控制、像素处理,并对采集到的图像进行实时非均匀性校正,提高图像质量。采用Camera Link接口传输图像,并利用图像采集卡采集图像,在PC机上显示。同时提供PAL-D接口和VGA接口,以满足不同场合下的应用。实际应用表明,该系统工作稳定,控制灵活,成像清晰稳定,拍摄速度快,可应用于高速摄像场合。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 引言  12-13
  1.2 图像传感器发展现状  13-16
  1.3 智能相机简介  16-19
    1.3.1 智能相机构成  17-18
    1.3.2 智能相机的典型产品介绍  18-19
  1.4 本文的研究意义  19-20
  1.5 论文组织结构  20-21
第二章 CMOS 图像传感器  21-35
  2.1 CMOS 图像传感器  21-24
  2.2 LUPA1300-2 介绍  24-34
    2.2.1 主要特点  25-27
    2.2.2 LUPA1300-2 的结构  27-28
    2.2.3 工作时序  28-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章 智能相机方案设计  35-45
  3.1 总体方案设计  35-39
    3.1.1 总体方案选择  35-38
    3.1.2 FPGA 选型  38-39
  3.2 信号完整性分析  39-41
  3.3 信号完整性处理措施  41-44
    3.3.1 消除反射  41-42
    3.3.2 消除串扰  42-43
    3.3.3 电源、地线噪声处理  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 软件设计  45-72
  4.1 基于Verilog HDL 的FPGA 设计  45-48
    4.1.1 Verilog HDL 硬件描述语言  45-46
    4.1.2 FPGA 设计流程  46-48
  4.2 FPGA 逻辑功能模块设计  48-63
    4.2.1 驱动时序设计  49-51
    4.2.2 像素处理模块  51-56
    4.2.3 PAL-D 接口设计  56-60
    4.2.4 VGA 接口设计  60-61
    4.2.5 千兆网络接口  61-63
  4.3 上位机软件设计  63-67
    4.3.1 MSComm 控件介绍  63-64
    4.3.2 MSComm 控件常用属性  64-65
    4.3.3 使用MSComm 控件设计程序  65-67
  4.4 非均匀性校正  67-71
  4.5 本章小结  71-72
第五章 实验结果  72-78
  5.1 CMOS 成像电路  72-76
  5.2 显示接口电路  76-78
第六章 总结和展望  78-80
  6.1 总结  78-79
  6.2 展望  79-80
参考文献  80-82
在学期间学术成果情况  82-83
指导教师及作者简介  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 摄影技术 > 摄影机具与设备 > 照相设备与复制设备 > 照相机
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