CCD智能相机图像采集硬件平台的研究

论文摘要

在基于机器视觉及模式识别的工业检测系统中,需要对采集到的图像进行实时处理。针对基于PC机的系统存在的实时性、性价比不高及不能适应恶劣工作环境等问题。本文研究了基于CCD的智能相机图像采集硬件平台的设计方案,深入讨论了CCD(Charge Coupled Device)的驱动时序及驱动电路的实现方法。本文开始对国内外机器视觉系统的研究现状,以及今后的发展方向做了一下简单的介绍和分析。接下来详细介绍了CCD的分类、工作原理以及CCD的特性参数。分析了CCD噪声产生的原因以及如何用硬件实现相关双采样(CDS)的方法来消除噪声。CCD芯片采用SONY公司设计生产的ICX415AL芯片。该芯片是一款隔行排列并具有逐行扫描功能的面阵CCD,可以实现电子快门以及逐行高速传输。接下来介绍了ICX415AL的基本结构、工作原理和光谱特性并以ICX415AL为核心讨论了其外部驱动电路、相关双采样电路、AD转换电路以及与处理器的接口电路的结构组成和具体的实现方法。DSP图像处理部分采用TI公司推出的高性能数字图像处理器TMS320DM643,该处理器具有硬件视频接口和网络接口,为智能相机的嵌入式应用提供了高性能的运算平台。最后文章验证了图像采集电路的工作情况,给出了测试波形并对其测试结果进行了说明。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 国内外研究及应用现状
• 1.2 本课题的研究内容
• 1.3 本论文的结构安排
• 第2章 CCD概述
• 2.1 CCD的工作原理
• 2.1.1 CCD的MOS结构及存储电荷原理
• 2.1.2 光电转换和存储
• 2.1.3 电荷转移
• 2.1.4 电荷读出
• 2.2 CCD的分类
• 2.3 CCD的特性参数
• 2.3.1 转移特性
• 2.3.2 光电转换特性
• 2.3.3 噪声特性
• 2.3.4 成像质量特性
• 2.3.5 其它特性
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统结构与方案
• 3.1 功能需求
• 3.2 功能规则
• 3.3 系统结构设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 CCD图像采集部分电路设计
• 4.1 光学系统
• 4.2 CCD的选择
• 4.3 ICX415AL的基本结构
• 4.4 ICX415AL的工作原理
• 4.5 ICX415AL的光谱响应特性
• 4.6 ICX415AL驱动电路实现方法
• 4.6.1 几种常用的面阵CCD驱动电路
• 4.6.2 CPLD技术的优越性
• 4.6.3 基于EPM570的CCD驱动时序电路的组成原理
• 4.7 ICX415AL模数转换电路实现方法
• 4.7.1 A/D转换器的选择
• 4.7.2 TLV990-21概述
• 4.7.3 TLV990-21的功能及特点
• 4.7.4 相关双采样（CDS）技术
• 4.7.5 本系统中TLV990-21D的工作过程及硬件电路设计
• 4.7.6 AD采样的注意事项
• 4.8 CCD系统电源设计
• 4.9 CCD驱动时序电路软件设计
• 4.9.1 集成开发环境Quartus Ⅱ简介
• 4.9.2 VHDL语言设计
• 4.10 本章小结
• 第5章 DSP系统设计
• 5.1 视频处理电路
• 5.1.1 TMS320DM643介绍
• 5.1.2 TMS320DM643对原始视频数据的采集电路
• 5.2 RS-接口电路
• 5.3 电源电路
• 5.4 DSP部分软件设计
• 5.4.1 系统软件构架
• 5.4.2 DSP/BIOS实时操作系统
• 5.4.3 驱动程序开发包（DDK）
• 5.4.4 图像采集设备驱动程序实现
• 5.4.5 软件流程
• 5.5 本章小结
• 第6章 CCD硬件电路测试与性能评价
• 6.1 CCD驱动时序验证
• 6.1.1 垂直驱动信号
• 6.1.2 水平驱动信号
• 6.2 CCD模拟信号输出验证
• 6.2.1 CCD信号同步输出验证
• 6.2.2 CCD信号动态响应验证
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B