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具有开窗口功能的高帧频CMOS相机的研制

作　者: 田立国
导　师: 李明秋
学　校: 长春理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: CMOS相机复杂可编程逻辑器件开窗口时序驱动高帧频
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文主要研制了一种可随机开窗口的高帧频 CMOS相机,并给出了系统的硬件和软件设计方案。在自由空间激光通信系统中,信标光光斑经过空间衰减后,由CMOS相机接收,并通过窗口读出模式,可以将像素读出速度提高很多,因而能够达到很高的帧频,满足的粗精跟踪伺服带宽要求。CMOS相机设计主要分三大部分：光学成像单元,选择Cypress公司的LUPA-300型CMOS图像传感器,实现信标光光斑捕获,并转化为数字图像信号输出；相机的时序驱动和控制单元,采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)实现相机的初始化,通过SPI总线完成LUPA-300的寄存器设置和驱动时序；数据传输单元,采用Camera link接口协议,将数字图像TTL信号转化为LVDS低压差分信号,进行高速传输。实验证明,该CMOS相机在粗跟踪时帧频达到247fps,精跟踪时帧频达到3000fps,满足粗精跟踪伺服系统检测需要。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题研究的目的和意义  8
  1.2 国内外在空间探测领域应用高帧频 CMOS相机的研究现状  8-10
    1.2.1 国外空间探测领域应用的发展现状  8-9
    1.2.2 国内空间探测领域应用的发展现状  9-10
  1.3 本文研究的主要内容和安排  10-12
第二章 CMOS图像传感器  12-22
  2.1 CMOS图像传感器选择  12-14
    2.1.1 CMOS图像传感器工作原理  12
    2.1.2 CMOS图像传感器开窗口技术  12-13
    2.1.3 CMOS图像传感器与CCD图像传感器比较  13-14
  2.2 LUPA-300图像传感器  14-17
    2.2.1 LUPA-300主要特点  15-16
    2.2.2 LUPA-300的内部结构  16
    2.2.3 LUPA-300的像素单元结构  16-17
  2.3 LUPA-300工作时序  17-22
    2.3.1 启动和复位时序  17
    2.3.2 SPI工作时序  17-18
    2.3.3 传感器的积分时间  18-20
    2.3.4 ADC的工作时序  20
    2.3.5 传感器的读出时间  20-21
    2.3.6 数据的有效时序  21-22
第三章高帧频CMOS相机的总体设计  22-39
  3.1 系统的设计要求  22-23
  3.2 相机的总计设计方案  23-24
  3.3 高帧频CMOS相机的硬件电路设计  24-39
    3.3.1 LUPA-300传感器的成像单元  24-27
    3.3.2 SPI串行总线电路  27-29
    3.3.3 中央控制电路单元  29-31
    3.3.4 Camera link接口电路单元  31-37
    3.3.5 LVDS的PCB设计  37-39
第四章 CMOS相机的时序驱动设计  39-47
  4.1 设计流程和设计方法  39-41
    4.1.1 QuartusⅡ软件设计流程  39-40
    4.1.2 Verilog语言设计方法  40-41
  4.2 LUPA-300的驱动时序设计  41-47
    4.2.1 串行通信设计  41-43
    4.2.2 LUPA-300内部寄存器设置  43-44
    4.2.3 随机开窗口功能的设置  44
    4.2.4 LUPA-300驱动时序  44-47
第五章相机调试和实验测试  47-52
  5.1 CMOS相机的调试  47-50
    5.1.1 实验设备  47-48
    5.1.2 相机调试  48-49
    5.1.3 实物拍摄  49-50
  5.2 实验测试  50-51
  5.3 实验结果分析  51-52
第六章总结和展望  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-55

具有开窗口功能的高帧频CMOS相机的研制

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