基于CMOS图像传感器的成像技术与处理方法研究

论文摘要

CMOS图像传感器是一种采用CMOS（Complementary Metal-oxide-semiconductor,互补金属氧化物半导体）工艺制造的图像传感器。相比于CCD器件,具有集成度高、功耗低、体积小、工艺简单、开发周期短等优点,近年来在工业、监控、航空和航天等众多领域显示出强劲的发展势头。本文重点研究了基于CMOS图像传感器的成像系统的软、硬件设计及数字图像处理算法的实现。本文首先阐述了CMOS图像传感技术的理论基础,介绍了CMOS图像传感器的工作原理、性能指标,进一步介绍了高分辨率大面阵的CMOS图像传感器的内部结构、特性参数,以及CPLD和DSP器件的结构性能。在此基础上,本文提出了基于CMOS图像传感器的成像系统整体设计方案,详细阐述了成像系统设计思想及实现方案。软件设计包括:CMOS图像传感器寄存器配置、图像解码器、地址译码器、时序逻辑控制及寄存器控制。其中,CMOS图像传感器寄存器配置要遵循SCCB总线协议。在硬件设计上,系统采用CPLD+DSP的平台结构,提高处理速度,丰富控制功能,实现一个高性能的成像系统,在实际电路测试中,该硬件系统稳定可靠。在图像处理部分,由于本文设计的成像系统采集到的图像是原始RGB贝尔阵列格式图像,每个像素只有一个色彩分量,相邻像素间色彩跳跃大,特别是在边缘区域有模糊和马赛克现象,针对现象产生的原因,本文提出了一种新的自适应插值算法,首先对图像进行边缘检测,分割出平滑区域和边缘区域,面向平滑区域采用双线性插值算法,面向边缘区域采用边缘区域的自适应插值算法,有针对性的去除马赛克现象,突出边缘特征,由实验结果可见,视觉效果较好。最后本文给出了实验结果分析,并对本文工作进行了总结和对今后工作的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 CMOS 图像传感器发展动态
• 1.3 CMOS 图像传感器的应用
• 1.4 图像处理技术的发展
• 1.5 论文的内容及安排
• 第2章 CMOS 图像传感器简介
• 2.1 CMOS 图像传感器概述
• 2.2 CMOS 图像传感器分类
• 2.3 CMOS 图像传感器的基本原理
• 2.3.1 CMOS 图像传感器件的组成
• 2.3.2 CMOS 图像传感器件的工作流程
• 2.4 CMOS 图像传感器的性能指标
• 第3章 整体方案设计
• 3.1 系统方案设计
• 3.2 系统工作流程
• 3.3 器件介绍
• 3.3.1 高分辨率OV9650 结构及特性
• 3.3.2 CPLD 结构及特性
• 3.3.3 DSP 结构及特性
• 第4章 成像系统硬件设计
• 4.1 成像单元
• 4.2 存储单元
• 4.2.1 存储单元结构原理
• 4.2.2 CPLD 的VHDL 硬件描述
• 4.3 控制单元
• 4.4 系统抗干扰设计
• 第5章 成像系统软件设计
• 5.1 SCCB 总线协议
• 5.2 OV9650 的寄存器配置软件设计
• 5.3 DSP 存储空间映射
• 5.4 DSP 主控程序设计
• 第6章 图像处理算法设计
• 6.1 综述
• 6.2 图像插值算法研究
• 6.2.1 贝尔阵列
• 6.2.2 面向平滑区域的双线性插值
• 6.2.3 面向边缘的自适应插值
• 6.2.4 图像插值算法软件实现
• 6.3 色彩空间转换
• 6.4 算法验证与结果分析
• 6.4.1 算法验证
• 6.4.2 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文