【摘要】：傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器受到工藝的限制,在速度、分辨率、動態(tài)范圍和讀出噪聲等方面存在著一些不足,而新型的科學級CMOS圖像傳感器采用全新的集成電路制造工藝,在這些方面都具有較好的改進和提升,為高性能圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的方向。目前,已成為軍工、航空遙感和醫(yī)療等領(lǐng)域不可缺少的研究工具。本文以Fairchild公司科學級CMOS圖像傳感器CIS2521為核心,設計了一套高性能、小型化、低功耗的圖像采集系統(tǒng),本文所做的主要工作有:首先,本文對系統(tǒng)的總體方案進行了設計,通過對采集、控制、數(shù)據(jù)緩存和數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵模塊的分析完成了各個器件的選型工作,確立了sCMOS圖像傳感器+FPGA控制芯片+DDR2 SDRAM高速緩存芯片+Camera Link高速傳輸接口的系統(tǒng)設計方案;然后,在對硬件電路分析的基礎上確立了系統(tǒng)硬件設計方案并給出了具體的硬件電路原理圖;基于硬件電路設計了FPGA驅(qū)動軟件程序,能夠完成CMOS圖像傳感器的上電控制、時鐘管理、寄存器配置等功能,能夠驅(qū)動CMOS圖像傳感器正常工作并輸出圖像數(shù)據(jù)。最后,實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的實時在線處理,數(shù)據(jù)處理模塊將Gray碼轉(zhuǎn)換為二進制數(shù),實現(xiàn)了暗電流消除和圖像傳感器的非均勻校正,采用三點二階多項式擬合算法校正圖像非均勻性,相比于傳統(tǒng)的兩點校正方法具有更高的精度。本文所設計的圖像采集系統(tǒng)最大分辨率為2560*2160,在Rolling Shutter模式下可以幀頻可以達到87fps,最大傳輸速率能夠達到630MBps,經(jīng)過成像測試表明,所設計的高性能圖像傳感器系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)圖像傳感器的正常工作。
[Abstract]:The traditional CMOS image sensor is limited by technology, and there are some shortcomings in speed, resolution, dynamic range and readout noise. The new science-grade CMOS image sensor adopts a new integrated circuit manufacturing technology. In these aspects, there are better improvements and improvements, which provides a new direction for the development of high performance image acquisition system. At present, it has become an indispensable research tool in the fields of military industry, aviation remote sensing and medical treatment. In this paper, a high performance, miniaturization and low power consumption image acquisition system is designed based on the scientific CMOS image sensor CIS2521 of Fairchild Company. The main work of this paper is as follows: firstly, this paper designs the overall scheme of the system. Through the analysis of the key modules, such as acquisition, control, data cache and data transmission, the selection of each device is completed, and the system design scheme of Camera Link high-speed transmission interface of DDR2 SDRAM cache chip, FPGA control chip of sCMOS image sensor, is established. Then, based on the analysis of the hardware circuit, the hardware design scheme of the system is established and the schematic diagram of the hardware circuit is given. Based on the hardware circuit, the FPGA driver software program is designed, which can complete the functions of power up control, clock management and register configuration of CMOS image sensor. It can drive CMOS image sensor to work normally and output image data. Finally, the real-time on-line processing of image data is realized. The data processing module converts the Gray code to binary number, realizes the elimination of dark current and the non-uniform correction of image sensor. The 3.2 order polynomial fitting algorithm is used to correct the non-uniformity of the image, which is more accurate than the traditional two-point correction method. The maximum resolution of the image acquisition system designed in this paper is 2560,2160. In Rolling Shutter mode, the frame rate can reach 87fpsand the maximum transmission rate can reach 630MBps. the imaging test shows that, The designed high performance image sensor system can realize the normal operation of the image sensor.
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41;TP212

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本文編號：2295771