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基于FPGA的数字高清CCD摄像机技术研究

作　者: 范铁道
导　师: 田雁
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 通信与信息系统
关键词: 数字高清CCD摄像机 FPGA+ADC 自动曝光算法高清显示
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 524次
引　用: 2次
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内容摘要

随着CCD图像传感器技术的不断发展与应用,空间可视监控技术也迅速发展起来。但是,目前我国航天领域中摄像设备的分辨率普遍不高,严重制约着我国空间可视监控技术的进一步发展,本文在研究数字高清技术的基础上,设计了一套基于FPGA的数字高清CCD摄像机。本文从整体上对摄像系统进行了分析,简要介绍了光学系统和结构系统,着重研究并设计了电学系统。随着ADC集成电路技术的发展,本文研究使用基于FPGA+ADC的CCD驱动电路的设计方法,更利于光电转换和AD转换同步进行,有效的节约了FPGA的资源,同时在终端显示方面成功采用了数字高清技术。本文设计了电学系统的硬件电路:光电转换电路、AD转换电路、系统控制电路、高清显示电路和电源电路。在硬件平台的基础上,设计了本系统的软件内容:图像传感器的时序模块、AD转换模块、彩色插值算法与实现、RGB到YCrCb色度空间转换模块、自动曝光控制算法模块、自动白平衡模块、高清图像的显示。利用有限状态机+计数器结合的方法本文设计了CCD图像传感器的时序模块。针对目标物在非中心区域时,图像分区法无法获得正确的曝光控制量的缺点,本文提出了一种基于灰度直方图的自动曝光控制算法,该算法对各种场景均能进行有效的自动曝光控制。测试结果表明,该系统工作稳定,输出图像效果较好。本文最后对系统做了总结,指出不足之处和改进方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章引言  9-15
  1.1 论文研究的背景  9-10
  1.2 国内外发展现状  10-12
    1.2.1 国外发展现状  10-11
    1.2.2 国内发展现状  11-12
  1.3 论文的研究目的和意义  12-13
  1.4 论文的研究内容及排版  13-15
第二章系统总体方案及其分系统设计  15-59
  2.1 光学系统  15-16
  2.2 结构系统  16-17
  2.3 电学系统  17-59
    2.3.1 光电转换部分  18-27
      2.3.1.1 KAI 2093 CCD图像传感器  19-24
      2.3.1.2 光电转换部分的电路设计  24-27
    2.3.2 AD转换部分  27-33
      2.3.2.1 AD9847  27-31
      2.3.2.2 AD转换部分的电路设计  31-33
    2.3.3 系统控制及图像处理部分  33-41
      2.3.3.1 FPGA的内部结构  34-39
      2.3.3.2 FPGA芯片的选择  39-40
      2.3.3.3 XC4VLX25的配置电路  40-41
    2.3.4 后端显示部分  41-48
      2.3.4.1 数字高清成像显示格式  42-44
      2.3.4.2 LMH0030芯片及其外围电路的设计  44-48
    2.3.5 电源部分  48-56
      2.3.5.1 系统电源需求  48-51
      2.3.5.1 电源电路设计  51-56
    2.3.6 PCB设计  56-59
第三章软件的设计与实现  59-82
  3.1 KAI 2093的垂直信号驱动模块  60-61
  3.2 ADC转换部分的软件设计与实现  61-64
    3.2.1 AD9847 3线配置方式的实现  62
      3.2.1.1 AD9847的初始化配置  62
      3.2.1.2 水平驱动信号时序发生器  62
    3.2.2 AD9847的初始化配置和水平驱动时序发生器  62-64
  3.3 色彩还原与色度空间转换的设计与实现  64-67
    3.3.1 彩色插值  64-66
    3.3.2 色度空间转换  66-67
  3.4 自动曝光控制  67-74
    3.4.1 基于灰度直方图的自动曝光控制算法  68-72
      3.4.1.1 灰度直方图中的峰值区域  68-70
      3.4.1.2 图像加权系数  70-72
      3.4.1.3 图像序列闪烁现象及其消除方法  72
    3.4.2 基于灰度直方图的自动曝光控制算法的实现  72-74
  3.5 自动白平衡  74-78
    3.5.1 白平衡概述  74-75
    3.5.2 白平衡算法流程  75-78
  3.6 高清图像的显示  78-82
第四章实现过程及结果分析  82-86
  4.1 实验仪器与设备  82
  4.2 实验过程  82-83
  4.3 实验结果  83-86
结论与展望  86-88
参考文献  88-90
发表文章目录  90-91
致谢  91

基于FPGA的数字高清CCD摄像机技术研究

内容摘要

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