CMOS星敏感器图像采集系统研究

论文摘要

星敏感器是一种高精度的姿态敏感器,广泛应用于卫星、远程弹道导弹、深空探测的姿态测量中。目前星敏感器应用的标准图像传感器是CCD,然而传统的CCD星敏感器集成度低、外围支持电路复杂、多电压供电、成本高等缺点已越来越难以满足航天器发展的需求。随着CMOS有源图像传感器的工艺进步,将体积小、功耗低、抗干扰能力强的CMOS图像传感器替代CCD应用于星敏感器的图像采集系统成为下一代星敏感器发展的目标。论文以开发CMOS星敏感器原理样机为目的,研究了CMOS星敏感器的图像采集系统。为了降低图像采集系统的功耗、体积和提高数据更新率,设计了一种以SDRAM为缓存的图像采集系统。该系统采用CPLD将CMOS图像传感器输出的数字图像数据进行调制后直接缓存到SDRAM中,图像缓存过程由DSP启动,SDRAM的写操作首先被图像传感器的像素输出时钟触发,然后由SDRAM的主时钟进行同步,在一帧图像采集完成后CPLD通知DSP图像采集结束。DSP在整个过程中负责初始化CMOS图像传感器和SDRAM存储器,在系统正常工作时通过与CPLD的握手信号控制整个工作流程。本文设计了CMOS星敏感器的图像采集系统的软硬件部分,并在PC机上实现了彩色图像的合成和显示等功能。图像采集系统具有体积小、质量轻、功耗低的优点,实验结果表明,它能够完成图像数据的采集。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 星敏感器技术综述
• 1.2.1 星敏感器工作概述
• 1.2.2 星敏感器发展过程
• 1.2.3 星敏感器研究现状及发展趋势
• 1.3 本文的主要研究工作及结构安排
• 第2章 图像采集系统总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 星敏感器系统性能分析
• 2.3 图像采集系统总体方案
• 2.3.1 总体方案
• 2.3.2 系统工作流程
• 2.4 图像采集系统的技术分析
• 2.4.1 主要技术细节
• 2.4.2 系统可行性分析
• 2.5 图像传感器OV9620
• 2.6 本章小节
• 第3章 图像采集系统的原理性设计
• 3.1 引言
• 3.2 CMOS 图像传感器的驱动
• 3.2.1 SCCB 协议
• 3.2.2 OV9620 的配置
• 3.3 同步动态随机存储器
• 3.3.1 SDRAM 的接口
• 3.3.2 SDRAM 的基本操作及工作时序
• 3.4 DSP 对SDRAM 的控制
• 3.4.1 SDRAM 初始化
• 3.4.2 DSP 对SDRAM 缓存图像的读取
• 3.4.3 CPLD 与DSP 之间的接口信号
• 3.5 图像缓存接口时序的实现
• 3.5.1 EPM570T144C5 技术
• 3.5.2 硬件描述语言VHDL
• 3.5.3 CPLD 图像缓存接口设计
• 3.5.4 CPLD 图像缓存接口的实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 图像采集系统的硬件实现及测试
• 4.1 概述
• 4.2 图像采集系统的硬件实现
• 4.2.1 CPLD 时序控制电路
• 4.2.2 CMOS 及图像缓存电路
• 4.3 RGB 图像数据的显示
• 4.3.1 RGB 颜色模型
• 4.3.2 彩色图像合成与图像显示
• 4.4 图像采集系统的测试与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢