本文關(guān)鍵詞：基于EMCCD成像器的信息采集處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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【摘要】：電子倍增電荷耦合器件(Electronic Multiplying Charge Coupled Device,EMCCD)以其在微光條件下對(duì)光感極高的靈敏度特性,已經(jīng)成為了微光夜視技術(shù)的主要技術(shù)之一,廣泛的應(yīng)用于航空航天、空間探測(cè)、國(guó)防軍事、生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療影像等領(lǐng)域。該技術(shù)自上世紀(jì)90年代國(guó)外首次提出以來(lái),發(fā)展十分迅速。然而國(guó)內(nèi)對(duì)于微光條件下EMCCD成像系統(tǒng)的研制還處于起步階段,且大多數(shù)均側(cè)重于EMCCD成像理論成果分析。本文主要針對(duì)EMCCD信息采集處理系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行研究,完成了如下主要工作:為改善現(xiàn)有微光成像設(shè)備圖像成像效果,本文設(shè)計(jì)了一套集電子倍增CCD成像及圖像信息處理傳輸于一體的復(fù)雜成像系統(tǒng),其中包括:EMCCD成像驅(qū)動(dòng)及模擬前端電路設(shè)計(jì)、成像器主控器電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)對(duì)外接口電路設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)搭載了目前為止最為先進(jìn)的EMCCD傳感器芯片,在極低光照條件下(10-3LUX)具有高靈敏度、低噪聲等圖像成像優(yōu)勢(shì)。同時(shí)配合Xilinx推出的最新片上系統(tǒng)(System on Chip,SOC)ZYNQ-7000系列處理芯片,使得系統(tǒng)在保證了微光成像質(zhì)量的同時(shí),提高了系統(tǒng)對(duì)圖像采集和處理的能力。本文對(duì)EMCCD傳感器的器件結(jié)構(gòu)和工作成像原理進(jìn)行討論,總結(jié)分析了影響EMCCD傳感器成像效果的關(guān)鍵因素,為EMCCD成像器系統(tǒng)的整體研制提供了理論基礎(chǔ)。在系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上,結(jié)合使用環(huán)境對(duì)傳感器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行合理優(yōu)化,充分發(fā)揮EMCCD圖像傳感器的性能。系統(tǒng)主控方面采用ZYNQ-7035處理器,芯片內(nèi)置“FPGA+ARM”雙核心架構(gòu),保證EMCCD成像器主控系統(tǒng)在控制能力和數(shù)字信號(hào)處理能力上的最佳分配,并配置有相當(dāng)豐富的外部存儲(chǔ)器和靈活可靠的高速對(duì)外通信接口,可以在不同應(yīng)用需求下發(fā)揮最大效能。此外,整體成像器系統(tǒng)采用多塊PCB板卡堆疊的物理連接方式,可通過(guò)改變板卡組合結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)EMCCD成像器在多種應(yīng)用場(chǎng)合下的應(yīng)用,具有較高的系統(tǒng)適應(yīng)性,為研發(fā)人員的二次開(kāi)發(fā)提供了充分條件,為該EMCCD成像及處理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：微光成像 EMCCD 驅(qū)動(dòng)電路 ZYNQ-7000
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN386.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 課題相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3 研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容11-12
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)12-15
• 第2章 EMCCD成像器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15-39
• 2.1 EMCCD工作原理分析15-17
• 2.2 影響EMCCD成像效果因素分析17-19
• 2.2.1 暗電流噪聲17-18
• 2.2.2 EMCCD讀出噪聲18-19
• 2.2.3 時(shí)鐘感生電荷噪聲19
• 2.2.4 光子散粒噪聲19
• 2.3 EMCCD成像器信息采集處理系統(tǒng)要求19-20
• 2.4 EMCCD成像器信息采集處理需求分析20-21
• 2.5 EMCCD成像器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)21-36
• 2.5.1 EMCCD驅(qū)動(dòng)電路板卡方案22-33
• 2.5.2 成像器核心處理器板卡方案33-36
• 2.5.3 對(duì)外接口板方案36
• 2.6 本章小結(jié)36-39
• 第3章 EMCCD驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)39-55
• 3.1 EMCCD驅(qū)動(dòng)電路圖像采集模擬前端設(shè)計(jì)39-41
• 3.2 EMCCD驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)時(shí)序分析41-45
• 3.3 驅(qū)動(dòng)電路電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)45-46
• 3.4 EMCCD驅(qū)動(dòng)電路硬件電路設(shè)計(jì)46-53
• 3.4.1 “DC/DC+LDO”兩級(jí)降壓電路48-49
• 3.4.2 一級(jí)LDO降壓電路49
• 3.4.3 電壓反轉(zhuǎn)電路49-50
• 3.4.4 較高壓偏置電路50-51
• 3.4.5 倍增極高壓產(chǎn)生電路51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第4章 成像器核心處理電路設(shè)計(jì)55-69
• 4.1 成像器核心處理電路電源55-60
• 4.1.1 核心處理器電源電路設(shè)計(jì)流程55-57
• 4.1.2 成像器核心處理器板電源功耗預(yù)估計(jì)57
• 4.1.3 成像器核心處理器電路電源紋波要求57-58
• 4.1.4 成像器核心處理器電源電路設(shè)計(jì)58-60
• 4.2 板上存儲(chǔ)模塊及高速時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)60-62
• 4.2.1 板上存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)60-61
• 4.2.2 高速時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)61-62
• 4.3 數(shù)字接口硬件電路設(shè)計(jì)62-66
• 4.3.1 USB3.0 高速串行接口63-64
• 4.3.2 LVDS電平串行接口64-65
• 4.3.3 4M-1553B串行總線接口65-66
• 4.3.4 其他通用總線接口66
• 4.4 本章小結(jié)66-69
• 第5章 系統(tǒng)制冷溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)69-73
• 5.1 制冷系統(tǒng)選型69-71
• 5.2 制冷溫控電路設(shè)計(jì)71-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 第6章 系統(tǒng)測(cè)試73-81
• 6.1 測(cè)試概覽73-74
• 6.2 EMCCD驅(qū)動(dòng)電路功能測(cè)試74-77
• 6.3 EMCCD傳感器芯片驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)仿真測(cè)試77
• 6.4 制冷系統(tǒng)測(cè)試77-78
• 6.5 整機(jī)系統(tǒng)調(diào)試78-79
• 6.6 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85-87
• 致謝87

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1 郭曉維;微光成像研究與應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);1997年S2期

2 朱彩霞;閆亞?wèn)|;余文德;何俊華;;水下微光成像系統(tǒng)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2007年06期

3 朱彩霞;閆亞?wèn)|;沈滿德;何俊華;;基于水下反恐的微光成像系統(tǒng)[J];應(yīng)用光學(xué);2008年02期

4 焦明印,欒亞?wèn)|,李景生;輕型寬光譜微光成像折反射物鏡設(shè)計(jì)[J];光電子·激光;2001年06期

5 左f ,劉廣榮,高稚允,周立偉;用于微光成像的BCCD,ICCD,EBCCD性能分析[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2002年01期

6 左f ,高稚允;微光成像系統(tǒng)信噪比及圖像探測(cè)特性研究[J];兵工學(xué)報(bào);2005年02期

7 鄒正峰,蘆漢生,白廷柱,高稚允;微光成像系統(tǒng)量子噪聲的計(jì)算機(jī)模擬仿真研究(英文)[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);2001年02期

8 艾克聰;微光成像系統(tǒng)的閾值探測(cè)理論和視距探測(cè)方程的研究（續(xù)）[J];應(yīng)用光學(xué);1994年05期

9 李升才,金偉其,張長(zhǎng)泉;微光成像系統(tǒng)三維噪聲測(cè)量及其分析[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2005年05期

10 張金林;萬(wàn)蔚;芮挺;王海峰;;基于EBCCD的微光成像仿真[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2009年08期

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李國(guó)恩 賈金升 劉輝 張兵強(qiáng);微光成像 探測(cè)用光纖元件的開(kāi)拓與創(chuàng)新[N];中國(guó)建材報(bào);2014年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉宇;微光成像探測(cè)優(yōu)化理論與高性能系統(tǒng)技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2009年

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1 谷奇;制冷紅外與微光融合偵察技術(shù)—超長(zhǎng)作用距離微光成像系統(tǒng)[D];北京理工大學(xué);2015年

2 馮兆輝;基于EMCCD成像器的信息采集處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

3 曹易輝;水下微光成像鏡頭的設(shè)計(jì)和研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2013年

4 佘宇挺;水下微光成像技術(shù)與系統(tǒng)研究[D];南京理工大學(xué);2007年

5 余永泰;微光成像系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)[D];南京理工大學(xué);2011年

6 謝婕;基于OGRE的微光成像系統(tǒng)仿真[D];西安電子科技大學(xué);2013年

7 張青文;強(qiáng)光作用ICCD和EMCCD微光成像系統(tǒng)建模與仿真[D];西安電子科技大學(xué);2014年

8 徐異人;幀間補(bǔ)償單通道彩色微光成像方法研究[D];南京理工大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：1108888