基于模拟CCD传感器和图像矫正的自循迹机器人设计

设计了一种基于模拟CCD图像传感器和图像透视矫正算法的自动循迹机器人。分别完成了机器人的总体设计和软硬件设计。该循迹机器人以32位单片机MK60DN512ZVLQ10为主控制器,采用模拟CCD摄像头获取黑色引导线信息,并转化为有效的舵机和电机控制量。为提高控制精度,利用PID控制算法实现机器人的闭环控制。由于采集的图像存在梯形失真,所以利用图像透视变换对原始图像校正,实现机器人精确的循迹。测试结果表明:该循迹机器人对场地适应性强,具有低成本、低功耗等优点,在核辐射和高压电等特殊环境下有很大的使用价值。

一种新型的大动态范围CCD相机视频信号处理电路

由于目前的CCD尤其科学级CCD的动态范围高达105:1,甚至106:1,此时若要满足ADC的动态范围大于CCD相机的动态范围,则必须选择分辨力为18～20bit的ADC,而航天级或高等级的高分辨力ADC较少且价格昂贵。本文利用CCD相机系统的噪声谱密度跟信号大小有密切关系这一特点,对于强光信号和弱光信号采用不同的信号处理链,从系统通道增益的角度阐述了低分辨力ADC实现高分辨力模数转换的原理及硬件实现方案,最后通过实验室成像测试验证,实验结果表明,用低分辨力A/D转换器采用粗细量化相结合方式实现了高分辨力模数转换,并提高了CCD相机的动态范围。

紫外临边成像光谱仪CCD电路系统的设计

提出一种用于紫外临边成像光谱仪模数分离成像电路的系统设计方案,该方案避免了CCD模拟输出信号的板间传输和数字信号对模拟信号的干扰,使CCD信号处理电路的噪声水平达到了模拟前端数据手册中给出的2 LSB的性能指标。考虑CCD57-10 BI AIMO没有抗溢出结构,在饱和之前会发生电荷溢出现象,提出了临界溢出电子数的概念以取代饱和电子数,并通过增加转移时钟电压以加深势阱深度的方法,将临界溢出电子数从3.0×104提高到了6.0×104,保证了探测器可正确探测设计范围内的强光信号。为了实现更短的曝光时间以增加动态范围,在时序设计中引入了多次电荷倾倒的思想,在不降低探测器动态范围的前提下,将最短曝光时间由163 ms降低到了19 ms,实现了105系统动态范围的设计指标。

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。

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。

CCD成像系统中模拟前端噪声的研究

为了提高CCD成像电子学系统的信噪比,设计了3种模拟前端电路,借助Orcad软件对它们的输出波形进行比较,分析电路结构与噪声产生机理的关系,从理论上比较3种电路结构的噪声水平。然后采用三线阵CCD探测器KLI8023和视频处理器TDA9965在硬件上实现3路模拟前端的电路设计,并通过X64-LVDS采集卡分别将3路图像信息显示在终端机上。每个像元成像50次,统计这50次的均方差(噪声)和信噪比,通过拟合曲线比较三路模拟前端的噪声水平和信噪比。在相同光照条件下,第1路的信噪比达到750dB,第3路只有600dB,验证了理论分析的结果,讨论不同像元频率、带宽与信噪比的关系,为今后的成像系统电路设计提供参考和实验依据。

模拟混合视频处理电路单粒子效应测试系统设计

为开展模拟混合视频处理电路的单粒子效应研究,通过改变伪CCD信号源的输出信号,建立一款模拟混合视频处理电路的单粒子效应测试系统,实现该器件的单粒子闭锁、单粒子翻转与单粒子功能中断等单粒子效应的评估。通过在中科院近物所回旋加速器和中国原子能院串列加速器的试验测试,获取有效数据。试验结果表明该试验方法及测试系统可以有效评估器件的单粒子性能,为器件的加固设计提供有力数据支撑。

利用CCD测量单缝衍射光强分布

利用一种新型半导体集成光电器件,即CCD(ChargeCoupleDevices)电荷耦合器件,并通过CCD专用接口卡来直接测量单缝衍射光强分布,实现测试数据自动采集和实验结果自动输出。叙述了线阵CCD测量光强度的原理,分析了系统的软、硬件设计及测试结果。

视频监控用线阵CCD摄像机的设计

分析了CCD摄像机的成像过程和组成原理,围绕TH7814A线阵CCD图像传感器设计了适用于大幅面图像采集和处理的视频监控系统使用的线阵CCD摄像机.该摄像机用FPGA实现CCD驱动脉冲的生成和大部分的逻辑功能,具有电路稳定、设计灵活和方便功能修改等特点;用专用驱动芯片驱动CCD,具有电路简单、参数一致的特点;用模拟前端AFE(analog front-end)调理CCD的输出信号简化电路设计,并有效地抑制复位噪声;用ICS525-02倍频器提供时钟输入,使系统具有工作频率可调的特点;用CameraLink输出接口,便于和同类型接口的图像采集卡联合使用;用RS232控制接口,方便上位机对摄像机的配置和控制,并给出了一些应用实例.

1024位CCD模拟延迟线的研制

本文介绍了我所研制的1024位CCD模拟延迟线的基本原理和结构设计,着重讨论了器件参数及提高器件参数的途径。

VSP2000及在线阵CCD测量系统中应用分析

介绍了CCD信号处理器V SP2000的内部结构和功能特点,并结合线阵CCD传感器TCD 1209D和ARM微处理器LPC 2106等设计了线阵CCD测量系统,详细叙述了系统的基本原理、线阵CCD驱动脉冲的产生和系统应用程序的设计方法。

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。

高分辨率CCD模拟前端系统设计

论述了CCD传感器模拟前端系统设计的关键技术,设计并实现了一种基于高分辨率CCD的模拟前端系统。系统由高分辨率固态成像CCD传感器和高集成度模拟前端处理器件构成,图像数据通过LVDS传输技术发送到后端进行处理。试验测试表明,系统可输出高分辨率图像。

同幅双速跟踪成像CCD相机模拟电路系统设计

讨论了同幅双速跟踪成像技术对CCD相机系统的特殊要求,详细地介绍了该相机前端模拟系统的设计思想、系统结构和主要的电路模块。对系统中一些关键电路模块进行了仿真和测试,并对仿真和测试结果进行比较分析,以检验电路系统设计的合理性。

CCD相机焦平面电路的设计与仿真

文章介绍了CCD的焦面电路设计以及初步的设计结果并且对驱动电路和模拟信号放大电路进行了Pspice仿真。

基于网络的线阵CCD信号采集系统的设计

针对现代数据采集领域的网络化趋势,设计出一种新型线阵CCD信号采集系统。采用FPGA为核心控制器,产生每个模块所需要的驱动时序。模拟前端处理器将采集到的CCD信号经过信号调理和A/D转换后,通过高速网络接口芯片W5300传送至PC机,PC机最终将采集到的CCD信号显示在接收软件上。不仅能够解决片上、专用的问题,而且使机器视觉技术结合网络技术,实现了高速、实时、网络化的信号采集系统。实践表明:该采集系统可以做到在任何有网络的地方都可以使用,有后期研究价值。

KAI-02150的CCD模拟前端采集电路设计

针对Kodak公司生产的CCD图像传感器KAI-02150,设计了双通道模拟前端采集电路。给出了电路的结构组成,根据KAI-02150的驱动和输出参数要求设计了各个模块的具体电路。通过SPI接口对AD9920A的寄存器进行配置,可以满足多种工作模式切换的需要。与传统的CCD模拟前端采集方案相比,文中的设计更加灵活简单、稳定可靠。测试表明,设计的输出驱动时钟满足KAI-02150的输入要求,可以驱动CCD输出模拟信号,并完成相关双采样和A/D转换得到数字视频信号。

CCD低噪声读出电路设计

以红外增强型图像传感器TH7888A所得的微弱电压信号为输入,对图像传感器的模拟前端处理电路进行设计。采用巴特沃斯低通滤波器和全差分双相关采样的方法,提高整体电路的信噪比为67 dB,从而减少了后续电路的输入噪声。使用Proteus对所设计的低噪声、高增益放大电路的功能和噪声分析等特性进行全面的实验。实验结果表明,该设计能有效放大微弱电压信号,并可以对放大的电压信号进行准确的相关双采样去除KTC噪声、复位噪声。最后,在实际应用中,使用FPGA为硬件设计载体,以vivado作为软件开发环境,使用Verilog语言对时序发生器进行了硬件描述。FPGA生成的模拟信号分别作为读出电路的输入和采样的触发信号,并验证了其正确性和可行性。

电子倍增CCD模拟前端设计与信号优化

基于电子倍增CCD(EMCCD)在微光低照度条件下的实时应用,针对EMCCD对驱动信号相位、频率、幅度的严格要求,以及输出信号的特点,在深入分析模拟前端各部分功能的基础上,提出一种改善EMCCD驱动电路,优化驱动信号质量,降低模拟前端噪声水平的驱动策略,设计一款实时、低噪、稳定、适用于微光环境的EMCCD相机。工程验证表明,在环境照度为1×10-3lx,信号时钟为12.5 MHz,帧频为25帧/s的条件下,EMCCD相机具有实时快速成像能力,输出的模拟视频信号低噪稳定,成像系统捕获的图像清晰信噪比高,基本满足EMCCD成像系统在微光低照度环境下的实时应用需求。

基于线性CCD的埋弧焊焊缝自动跟踪系统设计

针对埋弧焊机在船舶预制焊接中出现的焊炬与焊缝中心偏离问题,利用智能化检测与控制技术设计埋弧焊焊缝自动跟踪系统,系统由线性CCD、控制模块、伺服驱动系统、联动机构等构成,采用ADC技术自动跟踪焊缝,实现埋弧焊机准确焊接。车间试验证明,该系统可实现埋弧焊焊缝自动跟踪功能,提高生产自动化程度,提升焊接质量。