基于背照式CCD的微弱目标成像系统设计

论文摘要

微弱目标指的是目标发出的光信号强度较弱。微弱目标的探测对航天遥感、军事侦察、医学研究等领域有着重要的应用意义。本文采用背照式CCD47-10为传感器设计了成像系统，用以对微弱目标进行探测成像。本文首先分析了背照式CCD的原理和CCD47-10的性能参数，结合前照式CCD成像电路的原理和结构，设计了基于背照式CCD47-10的成像系统。CCD47-10成像系统由电源模块，CCD驱动模块，信号预处理模块，视频处理模块，数据传输模块，软件模块构成。文章详细阐述了每个模块的作用、结构和设计方法。使用VHDL语言在FPGA中实现逻辑电路功能设计，包括CCD驱动时序产生、数字图像数据接收、命令控制、参数配置、数据传输控制等模块。使用C语言编写了固件程序，实现对USB接口芯片的配置；使用VC++编写了上位机软件，实现由上位机进行控制命令发送、图像数据接收、存储以及图像的实时显示。最后通过构建成像实验平台，在微弱光下对光栅进行成像实验。使用示波器对驱动脉冲以及CCD输出信号进行观察。将背照式CCD成像系统拍摄的图像和前照式CCD相机拍摄图像进行比较，并对实验结果进行分析。实验表明，基于背照式CCD47-10的成像系统设计简单，性能稳定。在微弱光下对目标进行探测，所成图像清晰，信噪比为113，可以满足对微弱目标探测成像的应用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容和论文结构安排
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 论文工作的主要内容
• 1.3.3 论文的结构安排
• 第2章 背照式 CCD 工作原理
• 2.1 CCD 传感器的优点
• 2.2 CCD 的工作原理
• 2.2.1 电荷的生成
• 2.2.2 电荷的存储
• 2.2.3 电荷转移
• 2.2.4 电荷的输出
• 2.3 背照式 CCD 的结构
• 2.4 CCD 的噪声
• 2.5 CCD47-10
• 第3章 成像系统设计
• 3.1 成像系统结构
• 3.2 电源模块
• 3.2.1 开关电源原理
• 3.2.2 线性稳压器原理
• 3.3 驱动模块
• 3.3.1 FPGA 与 VHDL
• 3.3.2 FPGA 的设计开发流程
• 3.3.3 驱动模块结构
• 3.3.4 时序分析
• 3.3.5 时序发生器
• 3.3.6 驱动器
• 3.4 CCD 信号预处理电路
• 3.5 视频处理器
• 3.5.1 寄存器配置
• 3.5.2 暗参考电平校正
• 3.5.3 增益和偏置调节
• 3.5.4 采样量化电路
• 3.5.5 XRD9836 时序设计
• 3.6 数据传输模块
• 3.6.1 USB2.0 的接口
• 3.6.2 CameraLink 接口
• 3.6.3 硬件电路结构
• 3.6.4 逻辑电路设计
• 3.7 PCB 设计
• 3.7.1 PCB 设计的原则
• 3.7.2 成像系统的 PCB 设计
• 3.8 软件设计
• 3.8.1 驱动程序
• 3.8.2 固件程序
• 3.8.3 应用程序
• 第4章 实验与结果分析
• 4.1 实验平台搭建
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 驱动脉冲
• 4.2.2 CCD 输出信号
• 4.2.3 成像实验
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间学术成果情况
• 指导教师及作者简介
• 致谢