基于FPGA的TDI-CMOS相机硬件设计研究

发布时间：2017-05-11 05:14

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【摘要】：TDI型图像传感器是高分辨率对地观测相机中最为关键的器件。TDI图像传感器被定义为一类特殊的线阵传感器,该传感器基于以面阵形式来实现线阵功能。对相对移动的物体进行多次曝光和信号累加后该传感器可得到高性能图像。和普通线阵图像传感器相比较,TDI型图像传感器具有高信噪比,高灵敏度等特点。这类传感器在空间遥控、航空拍摄、工业检测控制、机器视觉成像、光谱图像分析研究、医疗X成像等领域具有重要的应用价值。论文主要研究基于FPGA的TDI-CMOS成像系统硬件研究。相机通过推扫成像方式实现目标成像。搭建测试平台,对相机及TDI-CMOS性能参数测试。本文以国内科研单位首次研制的时延积分互补金属氧化物传感器(TDI-CMOS Image Sensor)作为研究对象,深入了解时延积分相机的成像原理。并以此传感器和Altera公司生产的FPGA为核心搭建了一个相机平台。本文的主要内容如下:1.介绍了时延积分互补金属氧化物传感器的背景和研究意义,并了解了国内外TDI系列相机的发展现状。2.在目前普遍CMOS相机采用方案的基础上提出了TDI-CMOS相机的设计方案。通过对采集、控制、存储和传输等相机关键技术的分析以及具体器件类型的对比,确定了TDI-CMOS+FPGA+USB+Camera Link接口的系统设计方案;3.选用Altera公司的FPGA和天津大学的TDI-CMOS芯片搭配,搭建一个硬件成像系统。详细描述了系统各个模块的硬件设计,包括TDI-CMOS图像数据采集系统模块、FPGA传输控制模块、USB输入接口模块和Camera Link输出接口模块,并依据高速信号制板要求完成PCB设计。4.对相机的图像数据输出模块、指令输入模块进行仿真并且对传感器参数进行测试。实验结果表明,本文所设计的TDI-CMOS相机硬件系统平台工作稳定,可促进下一步TDI-CMOS探测器研制。
【关键词】：时间延迟积分 TDI-CMOS图像传感器 FPGA PCB设计
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN791;TB852
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 图像传感器简介11-12
• 1.2 TDI-CMOS传感器背景介绍及发展现状12-15
• 1.3 课题研究的意义15-17
• 第二章 TDI-CMOS系统的总体设计17-31
• 2.1 系统设计方案论证17-18
• 2.2 系统芯片选择18-27
• 2.2.1 TDI-CMOS探测器的性能指标18-20
• 2.2.2 主控芯片20-22
• 2.2.3 命令控制芯片22-24
• 2.2.4 图像传输接口24-27
• 2.3 系统总体设计27-31
• 2.3.1 系统总体结构27-28
• 2.3.2 系统工作流程28-31
• 第三章 系统电路设计31-55
• 3.1 系统电路结构设计31
• 3.2 系统原理图设计31-48
• 3.2.1 图像采集模块31-34
• 3.2.2 FPGA接口及外围电路34-38
• 3.2.3 Camera Link数据输出电路38-43
• 3.2.4 USB指令输入电路43-44
• 3.2.5 电源电路44-48
• 3.3 系统PCB设计48-55
• 3.3.1 PCB叠层设计48-49
• 3.3.2 PCB布局49-50
• 3.3.3 PCB布线50
• 3.3.4 PCB设计的其他问题50-55
• 第四章 程序设计55-61
• 4.1 程序流程55-56
• 4.2 FPGA控制程序设计56-58
• 4.2.1 FPGA的图像输入57
• 4.2.2 FPGA的图像输出57-58
• 4.3 命令控制传输设计58-61
• 第五章 调试、仿真及传感器性能测试61-77
• 5.1 硬件电路调试61
• 5.2 软件测试仿真61-65
• 5.3 传感器性能测试65-77
• 5.3.1 测试实验65-75
• 5.3.2 测试结论75-77
• 第六章 全文总结与展望77-79
• 6.1 论文总结77
• 6.2 课题展望77-79
• 参考文献79-83
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果83

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1 庞鹏;基于FPGA的TDI-CMOS相机硬件设计研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2015年

  本文关键词：基于FPGA的TDI-CMOS相机硬件设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：356351