基于CMOS图像传感器的图像采集系统研究

论文摘要

随着微小型卫星的发展,以及我国对地观测和空间对接的需要,我们需要卫星对姿态进行高精度的控制。这就要求卫星上的姿态敏感器不仅要获得高精度的姿态信息,而且要求质量轻、功耗低。与地球敏感器、太阳敏感器等其他姿态敏感器相比,星敏感器具有测量精度高、功耗低、无漂移等优点,并且和陀螺仪一样具有自主导航的能力,非常符合目前航天发展的需要。随着CMOS图像传感器技术的发展,其成像质量能够与CCD图像传感器相媲美,同时CMOS图像传感器还具有功耗低、集成度高等优点。CMOS星敏感器比CCD星敏感器体积更小、重量更轻、功耗更低,大有取代CCD星敏感器之势。星敏感器获得高精度姿态的首要前提是采集到一幅质量好的图像,因此,星敏感器中图像采集系统设计的好坏直接影响到星敏感器输出姿态的精度高低。为完成基于CMOS图像传感器的图像采集系统设计,本文主要完成了以下工作:（1）对目前星敏感器的硬件电路结构进行分析,根据课题组实际条件设计CMOS星敏感器的硬件电路总体结构;（2）以Cypress公司的IBIS5-B-1300型CMOS图像传感器为核心,设计CMOS星敏感器的图像采集系统;（3）根据IBIS5-B-1300型CMOS图像传感器的工作流程,用Verilog HDL语言实现图像传感器所需的驱动程序设计。采用Xilinx公司的FPGA作为图像传感器的驱动芯片,产生图像传感器所需的时序信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究目的和意义
• 1.2 星敏感器概述
• 1.2.1 星敏感器工作原理
• 1.2.2 星敏感器国内外发展现状
• 1.3 图像采集系统研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 CMOS图像传感器结构与工作原理分析
• 2.1 IBIS5-B-1300 型CMOS 图像传感器基本结构
• 2.2 IBIS5-B-1300 型CMOS 图像传感器工作流程
• 2.3 快门模式分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于IBIS5-B-1300的星敏感器总体方案设计
• 3.1 系统技术指标确定
• 3.2 光学系统参数设计
• 3.3 硬件电路总体框架分析与设计
• 3.3.1 图像采集系统分析
• 3.3.2 图像处理系统分析
• 3.3.3 系统之间的通讯方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 图像采集系统硬件设计与实现
• 4.1 图像传感器电路
• 4.2 FPGA 电路
• 4.2.1 配置电路
• 4.2.2 VGA 接口电路
• 4.2.3 存储器电路
• 4.2.4 电源电路
• 4.2.5 时钟电路
• 4.2.6 FPGA 与图像传感器连接电路
• 4.3 镜头和外壳
• 4.4 本章小结
• 第5章 IBIS5-B-1300驱动程序设计与实现
• 5.1 FPGA 简介
• 5.1.1 FPGA 基本硬件结构分析
• 5.1.2 FPGA 开发工具和开发环境介绍
• 5.2 IBIS5-B-1300 驱动程序设计
• 5.2.1 功能模块的划分
• 5.2.2 用有限状态机实现shutter 模块
• 5.2.3 initial 模块的实现
• 5.2.4 config 模块的实现
• 5.3 驱动程序仿真结果分析
• 5.4 驱动程序测试结果分析
• 5.4.1 实验设备
• 5.4.2 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢