基于GigE接口的轻小型相机研究

发布时间：2017-08-18 18:40

  本文关键词：基于GigE接口的轻小型相机研究

  更多相关文章： CMOS图像传感器 GigE接口 自动曝光控制 高动态范围

【摘要】：随着无人机平台的飞速发展,无人机遥感技术已从研究阶段过渡到实用化阶段,短短几十年,从最初的战场侦察、早期预警等军事应用扩展到资源探测、气象观测及处理突发事件等诸多领域。光电载荷作为无人机遥感的核心设备,其发展方向主要为轻小型、低功耗、高分辨率以及高光谱等。本文针对无人机遥感的应用背景,设计了一套基于GigE接口的轻小型可见光相机电路系统,并从自动曝光控制、成像系统的动态范围及响应线性度等方面展开深入研究。论文的主要研究工作有:(1)介绍了无人机遥感技术的国内外发展现状以及未来的发展趋势。从轻小型电路角度出发,针对图像传感器选择、处理器选择、数传电路以及电路板结构这四个方面进行综合设计。(2)完成相机电路的硬件设计(原理图设计与PCB绘制),包括LUPA1300-2驱动电路、GigE接口电路以及电源电路,研究内容主要有高速数字电路、信号电源完整性和低功耗电源电路等。(3)完成相机系统的软件设计,采用Verilog HDL实现FPGA逻辑驱动、通信连接以及数据传输等功能;采用VC++编写基于WinPcap技术的数据采集软件,实现对相机的显控功能。(4)阐述了相机自动曝光控制的原理,提出了基于亮度直方图的自动曝光控制方法,并在FPGA内部实现实时控制。(5)分析对比CMOS图像传感器动态范围扩展技术,采用多斜率积分线性恢复技术提高CMOS图像传感器的动态范围及响应线性度,并在LUPA1300-2成像系统中验证了该方法的有效性。(6)总结论文的研究成果及不足之处,并提出进一步研究工作。
【关键词】：CMOS图像传感器 GigE接口 自动曝光控制 高动态范围
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279;V245.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 无人机遥感发展现状及趋势11-16
• 1.2.1 国内外研究现状11-14
• 1.2.2 无人机遥感发展趋势14-16
• 1.3 总体方案设计及指标16-20
• 1.3.1 轻小型相机电路设计分析16-18
• 1.3.2 实现指标及论文章节安排18-20
• 2 CMOS图像传感器驱动电路设计20-32
• 2.1 CMOS图像传感器模块20-26
• 2.1.1 图像传感器性能20-24
• 2.1.2 图像传感器读出时序24-26
• 2.2 FPGA逻辑驱动模块26-30
• 2.2.1 传感器驱动27-28
• 2.2.2 数据传输28-30
• 2.3 电源电路模块30-32
• 3 GigE传输电路设计32-43
• 3.1 工业相机接口介绍32-33
• 3.2 GigE接口设计33-39
• 3.2.1 接口设计方案33-35
• 3.2.2 物理层实现35-36
• 3.2.3 数据链路层实现36-39
• 3.3 GigE Vision标准39-43
• 3.3.1 GigE Vision介绍39-40
• 3.3.2 GigE Vision协议设置40-43
• 4 图像显控软件设计43-49
• 4.1 Winpcap技术介绍43
• 4.2 基于Winpcap编程设计43-47
• 4.2.1 网络接口模块44-45
• 4.2.2 接收模块45-46
• 4.2.3 发送模块46-47
• 4.3 多相机显控软件设计47-49
• 5 自动曝光控制技术49-59
• 5.1 自动曝光控制原理49-52
• 5.1.1 自动曝光实现方式49-50
• 5.1.2 自动曝光的标准50-51
• 5.1.3 基于亮度直方图的自动曝光控制51-52
• 5.2 自动曝光控制实现52-57
• 5.2.1 直方图累加53-55
• 5.2.2 调整动态范围55-56
• 5.2.3 计算感兴趣区域像素均值56
• 5.2.4 调整积分时间56-57
• 5.3 成像结果57-59
• 6 多斜率积分线性恢复技术59-72
• 6.1 CMOS图像传感器动态范围扩展技术59-62
• 6.1.1 对数响应技术59-60
• 6.1.2 电荷泵升压技术60-61
• 6.1.3 自动增益控制技术61-62
• 6.1.4 多次曝光融合技术62
• 6.2.多斜率积分线性恢复技术62-66
• 6.2.1 动态范围及响应线性度的衡量62-63
• 6.2.2 多斜率积分线性恢复技术原理63-66
• 6.3 实验测试分析66-72
• 6.3.1 单像元响应对比66-68
• 6.3.2 m取值对动态范围及响应线性度的影响68-70
• 6.3.3 成像对比70-72
• 7 总结与展望72-74
• 参考文献74-77
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果77

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本文编号：696189