科学级CCD远程图像采集系统

介绍了一种基于高分辨率超感光度(EXview)CCD的光纤远程传输采集系统的设计方法。该系统利用专用集成芯片实现其时序驱动;双复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成系统的逻辑控制;采用带相关双采样的16位高精度模数变换器(ADC)对模拟视频进行数字化,从而提高系统动态范围。为满足其极端实验环境的应用,基于TLK1501进行大容量视频数据的远程传输;利用USB接口实现了计算机终端采集。最后,实验测试了系统的两个重要的评价参数:动态范围和系统灵敏度。该系统具有140万像素、16位高精度数字化位数、30km以上的远程传输能力,其动态范围为1000～1500倍、灵敏度为2.34ADU/e-左右,暗电流约为6e-/pixel.s-1[>32℃]。实验显示该系统适用于对分辨率、灵敏度、安全性等要求高的科学研究中。

高动态科学级CMOS相机系统的设计

为了满足全局曝光模式下对高动态范围CMOS相机需求,基于CIS-2521sCMOS器件设计出一个相机系统,通过研究CIS-2521芯片像素读出结构特点和全局曝光模式下驱动时序特点,选用FPGA搭载DDR3作为处理架构,在FPGA内部完成了成像参数控制,sCMOS驱动时序,图像数据采集,图像预处理等SOPC片上一体化设计,并对各个模块功能进行了介绍。设计的相机系统进行成像测试,实现了连续输出50帧/s,2 560×2 160像素,14bit有效深度的高清晰度高动态范围图像,基本满足科学级成像条件的需求。

科学级TDICCD相机的行频精度

从工程实际出发,以相机侧摆成像为例,系统分析了行频精度对TDICCD相机成像质量的影响。首先,推导了相机侧摆时焦平面各像元的像移速度求解公式,建立了侧摆角度与像移大小的一般关系式。在此基础上,采用调制传递函数(MTF)作为评价相机成像质量的指标,分析了像移失配对MTF的影响,计算导出了行频精度对成像质量的影响。结果表明,侧摆角度越大,积分级数越高,对行频精度的要求就越高,反之越低。在实际工程应用中(侧摆35°条件下),积分级数为64级和96级成像时,行频精度只要分别不低于0.54%和0.36%就能使MTFmatch≥0.95,满足系统对传递函数的要求。将实验结果与计算分析结果进行对比,验证了分析的正确性,该结论对实际工程应用和设计有指导作用。

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路。应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD图像传感器自己开发的科学级CCD相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高。通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB。

高动态科学级CMOS相机设计与成像分析

为了满足高动态范围高灵敏度的全局曝光模式下成像系统的需求,基于CIS-2521科学级CMOS图像传感器设计了一个相机系统,通过分析CIS-2521芯片像素读出结构特点,通过芯片内部模拟相关双采样与FPGA片内数字域相关双采样完成相关四采样算法,列向噪声去除效果明显。通过设计曲线拟合双增益通道图像数据合成输出,保证了系统成像有较高输出动态范围。相机常温下输出图像峰值信噪比达62.9dB,采用半导体制冷后输出图像峰值信噪比74.3dB。根据EMVA1288标准实测相机动态范围达到78.2dB,设计的相机系统实现了每秒50帧2 560×2 160像素,16bit深度高清晰度高动态范围图像的实时全局曝光成像输出,能够满足低照度条件下的高帧频高动态范围成像的需求。

科学级CCD相机标定系统的设计

针对某系统中大批量科学级CCD相机标定的需求,设计了一套能够大批量、快速标定科学级CCD相机的高准确度标定系统.相机标定系统由1053nm纳秒固体激光器、刀口、双积分球、激光功率计、信号发生器、计算机与数据处理软件组成,该标定系统可对科学级CCD在1 053nm光脉冲条件下的调制度、对比度、疵点、光学动态范围、响应非线性等关键技术指标进行标定.系统设计了高均匀度、高稳定度的双积分球作为均匀光源,有效改善了测量系统的性能及测量准确度.实验结果表明,该相机标定系统能够快速、高效地对大批量科学级CCD相机进行高准确度标定.

基于FPGA的科学级CCD相机时序发生器的设计

简述了科学级CCD相机中CCD成像单元的时序发生器的功能:产生TDI-CCD、视频处理器和图像数据输出所需的各种时钟脉冲信号,在CCD成像单元工作中起着时间上同步协调的作用。该科学级CCD相机采用DALSA公司的IL-E2型TDI-CCD作为传感器,在分析IL-E2型TDI-CCD器件驱动时序关系的基础上,设计了科学级CCD相机时序发生器。选用FPGA作为硬件设计平台,使用VHDL语言对时序发生器进行硬件描述,采用EDA软件对所设计的时序发生器进行仿真,针对XILINX公司的可编程器件XC2VP20-FF1152进行适配。结果表明:系统的集成度、抗干扰能力提高了,实现了科学级CCD相机工作时的可靠性、稳定性,以及低功耗,同时也使设计与调试周期缩短至小时量级。

科学级CCD并联过采样低噪声模拟信号通道

根据CCD相机模拟通道噪音的非相关性,提出通过并联多个相同的模拟通道来降低模拟通道噪音的方法,并对此进行实验研究。通过实验测定实验装置中噪音的分布情况,得出并联双通道和并联三通道时噪音的改善因子为1.354和1.65,符合理论值。实验还显示,改善因子随模拟通道中可编程增益放大器增益的增加而减小,并对此现象进行分析。通过对改善因子与理论值的偏差进行分析,指出电源噪音、较高的转换速度及温升是造成偏差的主要原因。

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜科学级CCD相机低噪声设计和检测

结合实际测试结果,介绍了大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)低色散光谱仪所使用的科学级CCD相机的系统设计与检测技术。LAMOST科学级CCD相机系统由大面阵CCD芯片、相机头、制冷系统、控制器及其软件组成,其CCD控制器的设计实现低噪声、多路图像读出、像素合并及陷阱测试等功能,满足LAMOST工程的设计要求。介绍了科学级CCD相机增益、读出噪声、暗电流,满阱等指标的测试方法,该技术方法适用于其它领域同类型科学级CCD相机的研制和检测。

用于激光聚变的科学级光学CCD读出噪声标定

在惯性约束聚变和超强超短激光等离子体相互作用中,科学级光学CCD作为诊断设备的重要记录器件,发挥着至关重要的作用。通过研究给出了可见光CCD读出噪声的标定原理和标定方案,并首次在国内取得了惯性约束聚变(ICF)实验中常用的可见光CCD读出噪声,为物理实验数据的修正和不确定度分析提供了依据。

科学级CCD相机的噪声分析和信号处理

目的 降低科学级 CCD相机的噪声 ,提高成像质量 .方法 分析噪声特性 ,研究相应的降噪方法 ,设计信号处理电路 .结果 该电路能有效地降低暗电流噪声和消除复位噪声 .结论 实验结果表明该方法能降低噪声 ,提高信噪比 。

科学级CCD相机的降噪技术研究

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路。,应用于选用ISD029AP型CCD图像传感器自己开发的微光CCD相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机具有良好的成像质量.为了进一步提高该相机的信噪比,提出了相应的校正算法,进一步降低了暗电流噪声,降低了CCD像素间光响应的不一致性带来的噪声,使相机的成像质量得到提高.

冷却型科学级CCD荧光影像系统对细胞多参数的研究

应用冷却型科学级ＣＣＤ摄像式显微荧光影像系统对受精后２０ｄ（Ｓ２０）的红莲子叶细胞进行了ＤＮＡ，ＲＮＡ和总蛋白相对质量含量的多参数相关测量，视窗分析表明，在Ｓ２０单个细胞水平上，随着ＤＮＡ倍性的增高，ＲＮＡ和总蛋白相对质量含量也以相应的倍数增加，并且ＲＮＡ与总蛋白相对质量含量之间里线性相关增长．本文还对所用样品的固定方法和定量测量方法进行了分析和评价．

一种高信噪比科学级CCD数据转换系统

讨论了适应科学级CCD发展要求的高性能数据转换系统。在分析科学级CCD数据转换系统结构后,提出了一种以ADS1606为模数转换器的数据转换系统,详细说明了对应CDS结构,模数转换和FPGA的设计方法,以及系统电源和PCB的设计要点。测试结果表明,该系统噪声低、稳定性好,符合科学级CCD系统要求。

科学级冷却型CCD-荧光图像系统定量性能的鉴定

以荧光探针Hoechst33342（Ho3334）特异性标记大白鼠精子和肝细胞DNA，用科学级冷却型CCD显微荧光图像系统获取单个细胞的荧光图像，再以图像处理软件“Image-ProPlus”，分析测量各细胞的DNA相对含量和细胞核的相对面积．实验数据表明：鼠肝细胞的DNA相对含量分别为精子的DNA相对含量的2，4，8倍，符合生物学的规律，说明这套系统的定量结果是可靠的．

科学级光学CCD信噪比特性分析

从噪声来源出发,基于入射光子、暗电流、偏置信号的涨落均近似满足泊松分布的条件,得到了更为精准的信噪比表达式。实验设置CCD增益、读出速率、冷却温度分别为3、100k Hz、?25°C,得出光子转移曲线。通过设置不同实验条件,分别探讨了暗电流、读出速率和系统增益对该科学级光学CCD信噪比的影响。实验结果与理论预期吻合得很好,为科学级光学条纹相机的设计以及弱光标定实验室自动化平台的搭建提供了良好的实验依据。

一种典型的科学级CCD驱动时序的FPGA设计

科学级CCD驱动时序对CCD可靠、稳定的运行起着重要作用。针对e2v公司的CCD47-20BI AIMO(advanced inverted mode operation)提出了一种基于FPGA(field programmable gate array)的科学级CCD驱动时序的设计方案。该设计方案以Actel公司的FPGA-APA600为硬件设计平台,在LiberoIDEv9.0开发环境中,使用Verilog语言对驱动时序进行硬件描述,并采用第三方软件ModelSim6.0进行功能仿真。配合Matrox公司的图像采集卡进行图像采集实验,实验结果表明,CCD能正常、稳定地工作,所设计的驱动时序满足CCD47-20 BI AIMO的时序要求。目前,该设计已应用于氧气探测空间外差干涉仪的CCD读出电路,满足工作要求。

基于 STM32帧转移科学级 CCD 的时钟驱动电路设计和实现

为满足南极科考和南极天文观测对帧转移科学级CCD探测器的迫切需求,设计完成了基于STM32单片机的时钟驱动电路。首先介绍了CCD-57的帧转移时序特点,并在此基础上,实现了时序电路以及驱动电路的设计,以及设计了基于STM32单片机的用来生成时序的算法。最后介绍了实际测试的结果。测试表明在低速读出的情况,设计能很好的满足CCD的时序控制要求,利用介绍的控制方式,能灵活调整CCD的读出速度。相比同类应用下的基于FPGA的时钟驱动电路,本设计具有方便,低成本,低功耗,可靠的优势。

基于最小二乘拟合的科学级CMOS传感器非均匀性校正

鉴于图像传感器普遍存在非均匀性问题,本文提出了一种基于最小二乘法的分段线性插值的非均匀校正算法。该算法结合了最小二乘拟合法以及分段线性校正方法的优点,在大场景动态范围内都可实现良好的校正效果。采用科学级CMOS为实验对象,经本文提出的算法校正后,在整个工作照度范围下非均匀度相比原始图像可降低约42%。并与几种经典校正算法进行对比分析,结果表明该校正算法可适应的场景动态范围更大,在整个工作照度环境下可得到更好的平均校正效果。

基于FPGA的高分辨率科学级CMOS相机设计

针对高分辨率科学级相机应用广泛,国内需求量大的背景,设计了基于长光辰芯公司GSENSE400图像传感器的国产化高分辨率科学级CMOS(Complementary Metal Qxide Semiconductor)相机。该相机系统包括基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的数据采集、控制与Camera-Link输出设计。FPGA主要包含SPI(Serial Peripheral Interface)配置模块、CMOS时序驱动模块、数据采集模块、Camera-Link数据转换模块以及串口通信模块。根据CMOS的时序逻辑,在FPGA中实现了CMOS驱动时序的设计。根据相机输出HDR(High-Dynamic Range)图像的数据量,同时为了简化FPGA数据传输模块的设计,通过使用1片DS90CR287芯片,选用Camera-Link的base模式进行图像数据的传输,并实现串口对相机的控制。对该相机系统进行成像测试,实现了HDR模式下连续输出24帧,2 048×2 048像素,低读出噪声、高灵敏度、高动态范围图像,基本满足科学级成像条件的需求。