本文關(guān)鍵詞：高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)是一種記錄高速運(yùn)動(dòng)瞬間,并將瞬間過(guò)程降低到人眼極限分辨率以下顯示處理的相機(jī),在對(duì)載荷和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求苛刻的軍事、航天等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前,高幀頻高分辨率相機(jī)的關(guān)鍵生產(chǎn)和研究技術(shù)主要掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家公司手中,其產(chǎn)品價(jià)格昂貴,且存在進(jìn)口限制�；趪�(guó)外技術(shù)壁壘和國(guó)內(nèi)技術(shù)落后的現(xiàn)狀,研究低噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍、大視野、低成本的的高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)對(duì)推動(dòng)我國(guó)軍事和國(guó)防的發(fā)展具有巨大意義。本文以美國(guó)LUXIMA公司的CMOS數(shù)字圖像傳感器LUX1310為研究對(duì)象,研究了LUX1310的特征和各項(xiàng)參數(shù),分析了其具體設(shè)計(jì)要求。以此為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)出LUX1310+FPGA+DDR3+CameraLink+Flash+RS485上位機(jī)的高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)架構(gòu),并完成芯片選型。其次,依據(jù)系統(tǒng)方案和芯片特點(diǎn),設(shè)計(jì)硬件電路,繪制PCB板,并調(diào)試各硬件模塊,完成系統(tǒng)的硬件平臺(tái)搭建。最后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行FPGA軟件程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)界面設(shè)計(jì),驗(yàn)證系統(tǒng)方案的可行性,同時(shí)提出適合LUX1310的校正算法,改善圖像質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性好,實(shí)現(xiàn)了1000幀／秒條件下1280×1024分辨率緩存成像和400幀／秒條件下1280×1024分辨率實(shí)時(shí)顯示成像,還可以根據(jù)不同的場(chǎng)景通過(guò)上位機(jī)選擇開(kāi)窗模式,操作方便靈活,能滿足不同的拍攝要求。針對(duì)本傳感器多通道輸出非均勻性較大的特點(diǎn),提出了基于ADC偏置的非均勻性校正方法,相機(jī)信噪比最高達(dá)到53dB,顯著改善了圖像質(zhì)量。同時(shí),提出了適合本系統(tǒng)的圖像均值自動(dòng)增益和自動(dòng)快門(mén)方法,在不同光照環(huán)境下都能獲得高質(zhì)量圖像,動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到73dB。
【關(guān)鍵詞】：高幀頻 高分辨率 CMOS數(shù)字圖像傳感器 FPGA DDR3 CameraLink
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB852.1;TP212.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-11
• 1.1 課題研究背景及意義8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-9
• 1.3 本論文主要工作和內(nèi)容安排9-11
• 2 CMOS圖像傳感器11-17
• 2.1 CMOS圖像傳感器的工作原理11-13
• 2.1.1 CMOS無(wú)源像素圖像傳感器11-12
• 2.1.2 CMOS有源像素圖像傳感器12
• 2.1.3 CMOS數(shù)字像素圖像傳感器12-13
• 2.1.4 CMOS圖像傳感器的工作原理13
• 2.2 CMOS數(shù)字圖像傳感器LUX1310主要性能特點(diǎn)13-16
• 2.2.1 CMOS數(shù)字圖像傳感器LUX1310主要特征參數(shù)13-14
• 2.2.2 CMOS數(shù)字圖像傳感器LUX1310芯片內(nèi)部框圖14-15
• 2.2.3 CMOS數(shù)字圖像傳感器LUX1310像素陣列結(jié)構(gòu)15-16
• 2.3 本章小結(jié)16-17
• 3 高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)17-30
• 3.1 CMOS數(shù)字圖像傳感器LUX1310輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析17
• 3.2 相機(jī)系統(tǒng)器件分析17-21
• 3.2.1 中心控制器17-19
• 3.2.2 高速大容量存儲(chǔ)器19-20
• 3.2.3 相機(jī)接口20-21
• 3.3 相機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架21-22
• 3.4 相機(jī)系統(tǒng)芯片選型22-29
• 3.4.1 FPGA芯片選型22-24
• 3.4.2 DDR3存儲(chǔ)器選型24-25
• 3.4.3 CameraLink接口芯片選型25-28
• 3.4.4 RS485芯片和Flash芯片選型28-29
• 3.5 本章小結(jié)29-30
• 4 高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及PCB設(shè)計(jì)30-54
• 4.1 驅(qū)動(dòng)板電路設(shè)計(jì)30-36
• 4.1.1 驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)31-34
• 4.1.2 傳感器接口電路設(shè)計(jì)34-36
• 4.2 信號(hào)處理板電路設(shè)計(jì)36-45
• 4.2.1 FPGA電路設(shè)計(jì)37-42
• 4.2.2 DDR3 SDRAM電路設(shè)計(jì)42-44
• 4.2.3 Flash電路設(shè)計(jì)44-45
• 4.3 電源板電路設(shè)計(jì)45-49
• 4.3.1 電源電路設(shè)計(jì)45-49
• 4.3.2 CameraLink控制信號(hào)電路設(shè)計(jì)49
• 4.4 接插件電路設(shè)計(jì)49-51
• 4.4.1 CameraLink接口電路設(shè)計(jì)50
• 4.4.2 上位機(jī)接口和電源接口電路設(shè)計(jì)50-51
• 4.5 PCB設(shè)計(jì)51-54
• 5 高幀頻高分辨率CMOS相機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)54-76
• 5.1 相機(jī)系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)方案54-56
• 5.1.1 相機(jī)系統(tǒng)工作狀態(tài)流程圖54-55
• 5.1.2 相機(jī)系統(tǒng)邏輯框架55-56
• 5.2 FPGA具體模塊設(shè)計(jì)56-70
• 5.2.1 CMOS驅(qū)動(dòng)時(shí)序控制模塊56-59
• 5.2.2 LVDS數(shù)據(jù)采集模塊59-60
• 5.2.3 數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊60-62
• 5.2.4 DDR3讀寫(xiě)仲裁模塊62-64
• 5.2.5 CameraLink傳輸控制模塊64
• 5.2.6 圖像質(zhì)量處理模塊64-67
• 5.2.7 快門(mén)和增益控制模塊67-69
• 5.2.8 串口指令解析模塊69
• 5.2.9 配置參數(shù)存儲(chǔ)模塊69-70
• 5.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)70-72
• 5.4 相機(jī)系統(tǒng)成像測(cè)試72-76
• 6 結(jié)束語(yǔ)76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 附錄81

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