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新型数字CCD相机及其图像数据传输卡设计

时间:2021-10-01 08:12:15 电子通信论文 我要投稿

新型数字CCD相机及其图像数据传输卡设计

摘要:以DALSA 公司的CA-D7-1024T数字CCD相机为例,详细讨论了数字CCD相机的接口信号及其时序关系;研究了数字CCD相机图像传输卡的关键技术,介绍了传输卡的电路原理及各部分的实现方法。

    关键词:CCD相机 FGPA 图像数据传输卡 PCI总线

新型数字CCD相机及其图像数据传输卡设计

随着CCD技术的发展,频率高、数字化的新型CCD相机不断出现。CCD相机输出的数字化,简化了相机与传输采集系统的接口设计,使数字CCD相机正越来越多地成为实时PCI控制、数据采集、图形图像处理、遥感遥测等系统中的探测器。这种CCD相机多采用帧转移型体系结构,转换速度快,量化精度、量子效率高。准确理解相机的接口信号及其时序关系,掌握其图像数据传输卡的原理及实现方法,可大大拓宽数字CCD相机的应用领域,提高应用系统的灵活性。

1 数字CCD相机及其接口技术

在本系统中使用DALSA公司生产的CA-D7-1024T数字CCD相机。该相机是一种帧转移型的CCD相机,相机的空间分辨力为1024×1024像元,单像元尺寸为12μm×12μm,100%填充因子。在相机内部采用了相关双采样(CDS)、垂直反晕(VAB)等技术,大大提高了相机的成像品质。相机输出经过采样、量化的数据,量化精度为12位,最大帧频为8.4Hz,电子快门。相机内部由CCD图像传感器、驱动器、定时器、A/D转换等模块组成。其接口信号分为两类:用户总线接口信号和数据总线接口信号。

    用户总线接口信号包括:

·EXSYNC?触发帧读出信号,是必备信号。当EXSYNC固定接低电平时,相机以最大帧速率输出图像数据;当EXSYNC正负交替时,它的下降沿触发帧读出。

·PRIN?像元复位信号,为可选信号。在两次EXSYNC有效之间复位像元(给积累电荷的电容放电),从而缩短有效曝光时间。PRIN低有效,在其上升沿开始有效曝光。如果PRIN固定接高电平,积分时间最大;如果PRIN被固定接低电平,探测器收集不到任何图像信息。

·BIN?像元合并信号,也是可选信号,可以控制像元合并。像元合并后会降低相机的空间分辨率,但会增强探测器对光的敏感性。BIN信号高有效,不用时将其接为低电平。

以上信号均由应用系统产生,送给相机,为应用系统根据需要设定相机的工作模式提供了手段。

数据总线接口信号为相机输出信号,包括:

·DATA0~11?12位数据总线。DATA0~11是相机输出的、分别对应目标某个像元灰度的12位图像数据。

·STROBE?像元时钟信号。STROBE是图像数据的像元时钟。它的频率与数据速率相同,即使数据无效,STROBE仍然连续交变。为了获得有效的图像数据,传输卡应在FVAL和LVAL为高电平时,在STROBE的下降沿进行数据锁存。

·FVAL?帧同步信号。FVAL高电平表明相机正输出一帧

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