The Calibration of High-Speed Camera Imaging System for ELMs Observation on EAST Tokamak

A tangential fast visible camera has been set up in EAST tokamak for the study of edge MHD instabilities such as ELM. To determine the 3-D information from CCD images, Tsai＇s two-stage technique was utilized to calibrate the high-speed camera imaging system for ELM study. By applying tiles of the passive stabilizers in the tokamak device as the calibration pattern, transformation parameters for transforming from a 3-D world coordinate system to a 2-D image coordinate system were obtained, including the rotation matrix, the translation vector, the focal length and the lens distortion. The calibration errors were estimated and the results indicate the reliability of the method used for the camera imaging system. Through the calibration, some information about ELM filaments, such as positions and velocities were obtained from images of H-mode CCD videos.

基于Camera Link总线的CCD高速图像采集技术

现代天文学研究越来越依赖于高质量的天文观测结果。针对天文实测的需要,对基于Camera Link总线的CCD高速图像采集技术进行了系统调研,分析对比了Camera Link总线技术及其优缺点,对基于Camera link接口的高速CCD采集技术进行了深入的研究,着重讨论了单缓存与双缓存高速采集技术和实现机制。经实际测试,所实现的技术稳定、可靠,CPU负载低,采集速度达到了厂家给出的CCD相机的最高采集速度,可以满足天文大数据量采集与准实时观测的需要。

CCD成像系统中模拟前端设计

CCD成像系统中模拟前端对系统信噪比起决定性作用。为了提高成像系统的信噪比,需要对模拟前端以及其PCB布局布线进行合理的设计。在深入分析模拟前端中各部分功能的基础上,针对目前模拟前端一般采用专用CCD视频信号处理器来实现的方案,建立了CCD视频信号处理器这个模拟数字混合器件芯片内部的电源及接地模型,并根据该模型对PCB布局布线进行了分析和设计。工程实践结果表明,在像素时钟为6 MHz时,系统的信噪比可以达到54dB。

基于面阵CCD的瞬态光谱检测方法研究

针对瞬态光谱检测中对CCD线扫描速度要求高的特点,提出一种基于面阵CCD的瞬态光谱检测方法。该方法通过改变面阵CCD的电荷转移方式,以实现基于面阵CCD的高速线扫描。为了探究此方法的可行性,初步通过改变线阵CCD的电荷转移方式,建立了基于线阵CCD的单点超快探测系统。在发光二极管(light emitting diode,LED)光脉冲探测实验中,系统分别工作在单点超快探测模式和正常模式下。测试结果表明,基于线阵CCD的单点超快探测方法是可行的,单点探测速率可达20MHz。从而在理论上证明,通过改变CCD电荷转移方式以实现基于面阵CCD的瞬态光谱检测也是切实可行的。

面阵CCDKAI-0340DM高速相机的设计

使用常规CCD设计了高速相机系统,并解决了相机高速工作方式下的一系列难题。介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-0340DM的工作原理,采用高度集成视频处理芯片来产生各高速时序信号;通过提高驱动芯片与线路板的热传导效率增加有效散热面积从而降低芯片的温升;建立了高速运放电路的自激振荡模型,并采用有效方法克服了自激振荡;采用串并转换的方法降低了数据整合的难度,通过压缩图像数据的消隐期对输出数据进行异步降频并使用CameraLink接口来传输数据。实验结果表明,该相机系统工作时驱动器温升仅5.2℃,信噪比>40dB,动态范围不低于60dB,可在4种分辨率下工作,当分辨率为640×480时,可在时间延迟积分(TDI)方式下工作。当相机的分辨率为228×164,帧频为1 000frame/s,基本满足高速摄像的应用要求。

基于FPGA的高速彩色线阵CCD实时图像采集系统

文中设计了一款彩色线阵CCD实时图像采集系统,选用FPGA作为主控芯片。该系统完成了线阵CCD传感器、模数转换芯片的驱动、数据采集与转换。转换后的数据通过FPGA预处理后,由USB2.0传输至上位机实现图像实时成像。结果表明:设计的彩色线阵CCD实时图像采集系统能够满足工业应用要求,每行像素点达2 098个,行频可达9 000 fps。

高速CCD摄像机驱动时序发生器的设计及基于CPLD技术的实现

在分析DALSA公司的IA D1型高速CCD器件驱动时序关系的基础上 ,设计了可调曝光时间的高速摄像机驱动时序发生器。选用复杂可编程逻辑器件 (CPLD)作为硬件设计平台 ,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述 ,采用EDA软件对所设计的驱动时序发生器进行了功能仿真 ,针对Lattice公司的可编程逻辑器件ISPLSI5 2 5 6进行适配。系统测试结果表明 ,所研制的驱动时序发生器不仅可以满足高速CCD摄像机的驱动要求 。

基于双路线阵CCD的自动电子数粒机

为满足医药包装工业对药粒计数的高速高精度的要求,设计了基于双路线阵CCD的电子数粒机。数粒机由LED光源,双路线阵CCD芯片TCD1209D,EPM 3064A型CPLD作为双路CCD的同步驱动电路,以高速A/D转换器TLC 5510为核心的同步数据采集卡,主控计算机组成。检测通道宽度400 mm,对药粒的水平分辨率为0.1 mm,线阵CCD的驱动频率为10 MHz,对药粒的垂直分辨率为0.3 mm,采用软件二值化方法实现了对透光性不同的药粒的识别。实验表明:数粒机的计数准确可靠,计数速度达8000粒/min,并可以准确地识别残片与重叠药粒。

基于线阵CCD的降水粒子探测高速数据采集系统

针对线阵CCD图像扫描技术探测降水粒子的情况,设计了一种基于高速模数转换器(ADC)、先进先出缓存器(FIFO)和数字信号处处理器(DSP)的线阵CCD数据采集系统。能实现以该线阵CCD驱动时序最高频率16.6 MHz的数据采集,系统运行稳定;数据存储和处理循环进行,保证信号转换的稳定性和避免数据存储丢失;详细描述前端调理电路、数据采集系统的原理、硬件构成和逻辑控制模块,给出了数据处理算法设计和系统试验结果。

基于Flash的CCD相机数据高速存储系统设计

针对光电经纬仪上的CCD相机产生的数据速度高、数据量大,提出了一种以FPGA为控制核心,固态存储器Flash为存储介质的高速、大容量存储阵列。FPGA对Flash存储器阵列的读写和擦除等进行时序控制,通过采用FIFO技术、并行扩展和流水线技术成功实现了用低速存储器Flash可靠存储高速实时数据的目的,存储完毕的数据可以通过USB接口和主机进行数据交换。

CCD高速线材测径仿真系统的设计

设计了由平行光源、双远心镜头、面阵CCD摄像机和待测物等部分组成的高精度线材测径仿真系统。考虑到实验系统是为了模拟完成高速线材的拍摄测量,在线材轧制过程中其径向速度可以高达100 m/s,同时存在横向跳动的迹象,所以在光学设计中采用具有固定放大倍率的远心镜头,确保当物距改变时光敏面上的图像大小不发生变化;并且选用的面阵CCD最快曝光时间可以达到1μs,从而可以得到实时反映被测物体尺寸的高清图像。实验结果表明:使用该仿真系统测量出的工件直径精度可以达到20μm,足以满足生产需要。

CCD相机高速数据存储系统中的无缝缓存技术

介绍了高速数据存储系统中的数据采集和缓冲技术,以FPGA EP2C8Q208为逻辑控制单元,通过LVDS接口接收高速CCD相机下发的图像数据,采用并行扩展和乒乓操作技术实现了高速数据的无缝缓存。应用FPGA内部的NIOSΠ主控制器将FLASH中存储的数据通过USB接口上传至上位机。结果表明,该设计为低速存储器FLASH存储高速实时数据提供了可靠的解决方案。

线阵CCD数据采集系统的USB接口设计

通用串行总线USB是近几年发展起来的新型外设总线标准,其传输速率高、即插即用、易于扩展以及抗干扰性强等优点特别适合线阵CCD数据的采集与实时处理.本文介绍了采用Cypress公司FX2系列中的CY7C68013构成的线阵CCD数据采集系统,通过对其可编程接口控制逻辑的合理设计和芯片内部FIFO的有效运用来实现对线阵CCD数据的高速连续采集.

高速拼接CCD相机时序设计

高速拼接CCD相机是目前我国空间目标监控领域中急需的CCD相机之一,相机的研制对提高我国高速拼接CCD相机的研制能力有很大的推动作用。本文重点介绍了16通道高速拼接CCD相机的时序设计,以及相机的实测结果,并对相机的实际应用前景进行了展望。

基于机器学习的高速线阵CCD图像数据采集系统

针对传统的高速线阵CCD图像数据采集系统信号稳定性差的问题,文中在图像识别时应用卷积神经网络模型的基础上,提出一种基于机器学习的高速线阵CCD图像数据采集系统,并建立整个系统的架构。通过CCD传感器、A/D转换器、CCD驱动控制器、RAM存储器、R/W控制器和PC机完成系统硬件设计;通过CCD驱动模块、CCD信号处理模块、图像信息读取模块、图像缓存模块、图像信息转换模块和图像信息显示模块,完成系统软件设计和数据采集系统的设计。实验结果表明,与传统的高速线阵CCD图像数据采集系统相比,基于机器学习的高速线阵CCD图像数据采集系统波幅稳定,信号稳定性更好,可为高速线阵CCD图像数据的研究提供一定的参考。

高速线阵CCD的驱动分析与设计

在CCD探测中,高速CCD驱动电路的设计是CCD相机成功捕获目标的关键技术之一。不同CCD的驱动时序也不同,通常是为周期性且关系比较复杂的脉冲信号,应匹配以合适的驱动器才能使性能达到最优化。因此,必须根据不同CCD的工作时序来设计不同的驱动电路。文章通过对几个常用的CCD进行驱动时序分析,总结归纳了一些常规CCD驱动电路的实现方法。

CCD视觉检测系统的设计

给出了ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ，简称ＣＣＤ）视觉检测系统的总体设计方案，提出了一种新结构的背景照明、平行光投影成像、ＣＣＤ光电接受、高速转镜光学补偿的光学系统．从测量方法上消除了被测件晃动或振动以及高速运动对测量的影响，成功地补偿了高速运动造成的影像模糊，获取了螺纹钢的清晰轮廓像．同时，对影响精度的因素进行了讨论和分析．

CCD同步相机反射转镜算法研究

CCD技术在灵敏度,分辨率以及像面尺寸等技术方面的提高,为靶场测试的数字化实现提供了有利条件。为了使CCD同步相机在靶场测试中可以有效的跟踪弹丸的飞行姿态,设计了一种CCD反射转镜结构系统,实验证明该结构系统能满足跟踪弹丸姿态的要求,是该同步相机的核心部分。其中对反射转镜的算法研究是控制转镜运行的重要部分,具有十分重要的意义。

基于面阵CCD的激光高速摄影技术在弹道测试中的应用

为了验证由高分辨率CCD像机和脉冲激光器组成的激光高速摄影系统的性能,通过对高速飞行弹丸进行弹道测试,用相互正交的照相方式,拍摄到了弹丸的姿态图像,并由此计算出弹丸的飞行速度和空间姿态角,其中速度的测试精度达到了0.1%。此结果表明:本系统结构简单,测试精度高。

基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法研究

针对传统光学成像测量方法对高速运动目标成像帧频低、像质模糊,难以满足对目标形变高精度测量的缺点,提出一种基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法。该方法利用线阵CCD高分辨率、高帧频等优势,通过提取线阵CCD输出目标强度--像素曲线斜率变化率最大点来获取目标所占像素数N的像素数提取方法,同时采用DMD模拟高速运动目标形变过程,配合基于线阵CCD像素数提取的高速运动目标形变测量方法进行形变测量实验验证。实验结果显示采用该方法对V=450 km/h的高速运动目标进行形变量测量时,可以满足目标形变测量偏差小于0.3 mm,标准差小于0.5 mm,相对误差最低0.01%。实现了高速运动目标形变量的准确测量,为高速磨损测试、高温形变测试、高压形态测试等奠定了基础。