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低照度环境用高清视频采集前端研究与开发

作　者: 曹国君
导　师: 李文峰
学　校: 西安科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 视频采集高清晰度低照度微光像增强器
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要

近几年,我国各大、中、小煤矿陆续装备了矿井监视监测系统,不仅能直观地监视监测和记录井下工作现场的安全生产情况,也为事后分析事故提供了相关资料。但是目前的摄像机只能在正常环境下工作,在特殊的井下、没有光线的低照度环境下画面粗糙,很难进行后续的许多工作,特别是在发生事故后给应急救援造成了极大的不便。开发一种低照度环境下高清晰视频采集装置可以成功解决井下低能见度下高清晰画面的需求,并可以广泛的应用于其他弱/微光、甚至全黑环境如夜间战场、夜间监视、隧道等领域。针对现有方案及产品在低照度环境下成像效果不理想的问题,研究开发了两种低照度环境用高清视频采集前端系统:依据CMOS图像传感器的高输入阻抗和低静态功耗,读出方式灵活,驱动与抗干扰能力强,便于集成等特点,结合微光夜视技术提出一种微光像增强器与CMOS图像传感器耦合的低照度环境下视频采集方案,用于煤矿、隧道监控、救援等要求产品便携、简单、低功耗的场合;依据CCD的高信噪比、宽动态范围、高电荷转换效率和高输出图像质量的优点提出的高分辨率CCD结合辅助照明的摄像方案在对功耗并不敏感、要求成本较低的低照度环境下的视频监控有很大的现实意义。对方案进行了详细的分析与论述,同时完成了具体的硬件电路设计、设备驱动程序开发及视频图像的采集。最后,本设计以基于ARM11的多媒体数据处理终端为平台,通过编写简单的应用程序对图像进行H.264编码。测试结果表明,能够在10-4～102Lux的照度范围内实现高清视频图像的采集、压缩与存储。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题研究的背景  7-9
  1.2 课题来源及意义  9-10
  1.3 本文主要研究内容  10-12
2 关键技术研究  12-20
  2.1 图像传感器技术概述  12-18
    2.1.1 图像传感器技术的发展现状及趋势  12-13
    2.1.2 图像传感器技术的应用及研究意义  13-14
    2.1.3 CCD 图像传感器的结构与原理  14-16
    2.1.4 CMOS 图像传感器的结构及原理  16
    2.1.5 CMOS 图像传感器与CCD 技术比较  16-18
  2.2 夜视技术  18-19
  2.3 本章小结  19-20
3 视频采集前端系统方案设计  20-31
  3.1 项目总体结构  20-22
  3.2 改善低照度成像效果的方法  22-23
  3.3 视频采集系统方案选择  23-30
    3.3.1 CMOS 与像增强器耦合方式  23-28
    3.3.2 高分辨率CCD 图像采集方式  28-30
  3.4 本章小结  30-31
4 视频采集前端系统的硬件实现  31-45
  4.1 CMOS 图像传感器模块的设计  31-37
    4.1.1 电源驱动电路设计  32
    4.1.2 数据输出接口电路设计  32-34
    4.1.3 控制接口电路设计  34-37
  4.2 CCD 图像采集模块的电路设计  37-43
    4.2.1 基于CXD2498R 的CCD 时钟驱动电路设计  38-39
    4.2.2 数字CCD Camera 前端放大器接口电路  39-41
    4.2.3 ICX282AK 模数转换电路实现  41-42
    4.2.4 电源设计  42-43
  4.3 本章小结  43-45
5 视频采集系统软件设计  45-60
  5.1 视频采集系统硬件平台上设备驱动开发  45-49
    5.1.1 Win CE 驱动程序模型  46-48
    5.1.2 流接口驱动  48-49
  5.2 视频采集模块的软件实现  49-56
    5.2.1 摄像头驱动的实现  49-52
    5.2.2 摄像头驱动的封装与加载  52-53
    5.2.3 视频采集系统工作过程  53-55
    5.2.4 LCD 显示部分程序设计  55-56
  5.3 调试与实验结果  56-58
  5.4 本章小结  58-60
6 结论  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
附录  65-69

低照度环境用高清视频采集前端研究与开发

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