基于FPGA的高速大面阵成像系统设计

为了获取高帧频大面阵图像数据,设计了一套基于FPGA结合CMOS图像探测器的成像系统。首先,介绍了国产GSENSE6060图像探测器的特性和设计方法。然后提出了成像系统的供电等硬件设计。最后,重点研究了基于Xilinx公司Virtex-5型FPGA的CMOS图像数据训练算法,保证了数据采集的准确性。试验结果表明,所设计的成像系统在6 144 pixel×6 144 pixel分辨率时,帧频达20 frame/s,图像数据峰值速率16 Gbit/s,且读出噪声优于4e^(-)。目前,系统已经工程应用,其功能、性能满足了项目实际需要。

面向室内场景的改进MSCKF视觉-惯性里程计算法

搭载高帧率传感器的载体在室内快速运动时,其使用的视觉惯性里程计(VIO)算法存在计算负载高和定位精度下降等问题。针对此问题提出一种面向室内场景的改进多状态约束卡尔曼滤波器的VIO算法。首先,基于梯度和特征值对特征点检测结果进行约束,提高特征点的提取质量进而提升算法的位姿估计精度;然后,使用一维逆深度参数化地图点进行状态增广,降低算法的计算复杂度以提高系统处理速度;最后,分别在公开数据集EuRoC与真实场景下进行了实验,从算法的轨迹估计精度、处理时间以及CPU使用占比率方面对所提算法进行了全面评估。实验结果表明,相较于S-MSCKF、VINS-Mono和PL-VIO三种主流VIO方法,所提算法的定位精度至少提升了19.18%,在确保精度的同时拥有较低的处理时间和CPU占有率,保证了系统的实时性。

面向高帧率CMOS图像传感器的12位列级全差分SAR/SS ADC设计

针对高帧率CMOS图像传感器的应用需求,提出一种结合逐次逼近型(Successive Approximation Register,SAR)和单斜坡(Single Slope,SS)结构的混合型模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)。该ADC的分辨率为12位,其中SAR ADC实现高6位量化,SS ADC实现低6位量化。该ADC采用了全差分结构消除采样开关的固定失调并减少非线性误差,同时在SAR ADC中采用了异步逻辑电路进一步缩短转换周期。采用110 nm 1P4M CMOS工艺对该电路进行了设计和版图实现,后仿真结果表明,在20 MHz的时钟下,转换周期仅为3.3μs,无杂散动态范围为77.12 dB,信噪失真比为67.38 dB,有效位数为10.90位。

一种新型高动态范围CMOS图像传感器结构设计

阐述一种新型的高动态范围CMOS图像传感器结构。在新型CMOS图像传感器中,像素包括两个具有不同感光灵敏度的光电二极管以及多个电荷-电压转换增益档位,列电路具有多个模拟电压增益档位。根据该结构和读出方法,对每个像素只进行一次信号电压的读取,可以显著缩短行读出时间,进而提高帧率。

基于AM41V4传感器的高清高速CMOS相机系统设计

为满足国防、科研及工业中快速变化场景拍摄时,更高帧频、更大分辨率的要求,研发了一款高清高速相机。该文介绍了高分辨率高帧频CMOS图像传感器芯片AM41V4的功能与特点,并基于该芯片设计了一套高分辨率高帧频的相机系统,该系统使用FPGA作为整个系统的时序控制核心,以DDR动态存储器作为成像暂存器,可以依据试验场合的具体拍摄要求实现灵活多变的工作模式。相机系统在图像分辨率为1 920×1 080时帧频可达1 000fps,并具有实时监视功能。该系统具有拍摄速度快、成像清晰、高性能、灵活性好等优点,适用于高速运动目标的快速捕获与拍摄记录。

高帧频激光光斑采集系统设计

随着半导体技术的发展,COMS图像传感器的灵敏度、分辨率动态范围不断提高,采用高速COMS图像传感器替代传统的CCD图像传感器作为激光通信中APT系统的激光光斑探测单元是APT发展的一种趋势。提出了一种基于高速LUPA-300 COMS图像传感器、DSP和FPGA的通用型高帧频光斑采集系统。FPGA内部生成的异步FIFO作为图像传感器与DSP之间的数据缓冲器,简化了系统结构布局,提高了系统稳定性。经过硬件电路设计、调试、软件部分调试等工作,最终实现了每秒钟1 000帧128×128图像的数据采集,可用于高速激光光斑的采集。

基于FPGA的高帧速CMOS成像系统设计

为了实现数字图像的高速高分辨率实时处理,设计了一种基于CMOS图像传感器、FPGA、千兆网和串口通信控制的高速高分辨率CMOS成像及实时显示系统;给出了系统结构原理,介绍了系统软硬件结构设计,结合CMOS图像传感器的工作模式和驱动时序,设计了系统成像控制模块、图像数据的高速缓存模块、图像数据的千兆网高速传输模块,实现了图像的实时显示与成像外部控制。实验表明,设计的成像系统方案合理,系统在全帧全分辨率(1280×1024)下读出帧频最高可达500帧/秒。

高速CMOS相机图像采集系统关键技术研究

为满足某靶场弹丸炸点测试中拍摄帧频高、实时记录性强等要求,本文介绍了一种高帧频CMOS图像采集系统。选用帧频250帧每秒的LUPA-300作为高帧频图像传感器,通过FPGA实现对图像传感器的参数配置与图像数据处理,并运用PCI图像采集卡实现图像数据的存储与显示。实验结果表明该系统结构简单、成像清晰稳定,拍摄速度快,可应用于高速目标的拍摄。

双积分CMOS图像传感器时序控制电路研究

用简单的模拟电路实现双积分技术可以大幅地提高CMOS图像传感器的动态范围。采用列共用采样保持电路的双积分电路和一次采样技术像素相同,仅增加了面积很小的处理电路,在分析该结构工作原理的基础上,提出了高效的时序控制方法.该算法优化了长积分、短积分和信号处理的时序分配,获得了较高的帧频.该算法用可综合的Verilog语言实现,功能仿真和FPGA验证,结果证明了可行性.

高速CMOS数字图像采集系统设计

本文介绍了高速CMOS图像传感器芯片LUPA-300的功能与特点,并基于该芯片设计了一种高速图像采集系统,给出了其详细的硬件和软件设计。该系统具有结构简单、性能稳定可靠、灵活性好、功耗低等优点。

高帧频DVI接口彩色CMOS数字相机系统设计

针对高帧频彩色CMOS图像传感器在机器视觉高速成像领域中的应用,本文介绍利用高性能可编程逻辑器件FPGA实现CMOS图像传感器MI-MV13的高速驱动时序的设计,并且在FPGA内部设计了高速FIFO缓存器和双口RAM来完成Bayer彩色阵列图像数据的实时同步转换输出RGB彩色分量。最终由2片专用DVI接口集成芯片SiI178实现了DVI-IDualLink模式的高帧频高分辨率彩色图像输出,DVI接口方便显示终端和高速存储设备链接。该相机系统具有集成度高、低功耗、接口通用紧凑、传输带宽高的优点。

256×256高帧频可见光CCD的研制

采用三相全帧帧转移结构和常规的CCD工艺,设计并研制了一种高速摄像用256×256元高帧频可见光CCD成像器件。器件光敏元采用MOS结构,尺寸为10μm×10μm,4信号抽头输出,占空比100%。测试结果表明,器件工作波长为0.4～1.1μm,光灵敏度为0.05lx(峰值波长处,积分时间40ms),帧速为500帧/秒,动态范围大于等于54dB,响应非均匀性小于等于2%。

基于相对比率的高帧频图像采集器设计与实现

为了在机器视觉应用中实现高动态范围HDR(High Dynamic Range)图像采集,提出一种基于检测像素相对比率的新型图像采集系统。提出的图像采集器使用全差分电路检测信号比,并通过基于数字计数器的紧凑列并行读出电路捕捉像素的脉冲宽度调制输出,系统设计了相应的光电流比检测像素方法,能独立地捕捉局部场景特征。实验结果显示:提出的COMS图像传感器性能较好,当标称帧频为9 600 frame/s时,提出的32像素×32像素阵列原型CMOS图像传感器消耗了4 m W的功率;当最大帧频为24 000 frame/s时,此图像传感器消耗了6.8 m W的功率。

基于FPGA的高帧频图像跟踪系统设计

针对高速运动的导弹末端制导、弹道实验或机载武器姿态跟踪中目标图像模糊及跟踪精度较低的问题,给出一套基于FPGA和CMOS高帧频图像传感器的高速图像跟踪系统;在FPGA中采用流水线方式,设计了的图像采集模块、乒乓高速缓存模块、图像处理及跟踪控制模块,采用动态阈值分割法获取目标,计算出目标形心偏移图像视场中央的偏移量,依据二维视场的偏移量控制云台跟踪目标;实验结果表明,该系统能够有效获得高帧频图像传感器数据,数据读出速率可达80 Mb/s,提高了系统跟踪精度。

基于PCI Express总线的高帧频CMOS相机图像采集系统设计

基于PCI Express总线设计了一种高帧频CMOS相机图像采集系统。选用帧频250帧/s的LUPA-300作为高帧频图像传感器,通过FPGA实现对图像传感器的参数配置与图像数据处理,采用PCI Express总线作为图像数据传输总线,大大提高了传输速度。实验结果表明该系统结构简单、成像清晰稳定、拍摄速度快,可应用于高速目标的拍摄。

半导体制冷型高帧频CMOS数字摄像机及其成像噪声分析

为了提高高速CMOS图像传感器的成像质量,降低图像传感器暗电流和随机噪声,介绍了采用半导体制冷方法设计的高帧频CMOS数字摄像机成像系统,并针对该相机系统设计出结构一体化的多级半导体制冷器,实现了制冷量可控。实验结果表明,图像传感器制冷后的温度与环境温度的温差最大可达40℃;通过降低传感器温度很大程度上减少了暗电流固定模式噪声和瞬态随机噪声;此外,在摄像机内硬件实现了彩色滤波阵列转换和列向非均匀性校正,使输出图像信噪比提高了6 dB。该相机系统具有集成度高,结构紧凑,高分辨率,高帧频,高信噪比,宽动态范围,成像质量好等特点。

两种高速CMOS图像传感器的应用与测试

采用MI-MV13和LUPA-1300-2两种不同厂家型号的高速CMOS图像传感器,设计了分辨率为1 280×1 024的300～500 frame/s高速数字工业相机,并在实验室条件下对设计相机进行了关键性能指标对比测试,得到了光谱响应及量子效率、增益、动态范围、暗电流、读出噪声、光电响应非均匀性等测试结果。测试分析显示,LUPA-1300-2的峰值量子效率为50%,比MI-MV13的峰值量子效率高12%,与厂家的参考指标基本一致。测试结果证明:该测试方法正确,对两种高速CMOS图像传感器的关键性能指标的测试客观可信,所设计的高速CMOS摄像机的性能基本满足高帧频摄像的要求。

基于面阵图像传感器的带材对中检测系统

为克服现有带材对中检测技术的不足,提出一种采用线形激光配合面阵CMOS图像传感器的新型带材对中检测方案。根据新型对中检测的特点,设计了高速嵌入式图像处理系统,通过传感器硬件开窗技术减小数据量并提高帧率,采用亚像素技术提高了检测精度,克服了传统面阵图像传感系统帧率低、滞后大、分辨率不足的问题,使系统可适应高速带材的对中检测与控制的需要。

新型PA高帧频摄像机的设计与实现

采用光敏二极管阵列固体图像传感器,设计研制了1000帧/s的高速PA摄像机,并对技术原理、PA图像传感器特点、连续和单次时序设计及图像传感器输出视频信号处理等方面作了介绍。PA视频摄像机可工作于连续和单次两种工作状态。采用纤维面板耦合,像素100×100;最小照度优于1.5 勒克斯,动态范围100倍。

多分辨率CMOS图像传感器芯片设计

在一些特殊图像处理任务如模式识别、目标跟踪和图像压缩等中需要图像传感器能够实现动态的可编程帧频和多分辨率。介绍了一种CMOS图像传感器设计,可以通过编程方式获得动态像素分辨率。在普通模式下,作为典型的图像传感器获得全帧图像数据;在合并模式下,将传感器像素阵列分为特定子模块并且合并读出,同时获得更高的帧频,子模块的规格可通过编程进行定义。该CMOS有源像素传感器(APS)采用0.18μm CMOS工艺实现,阵列规模为256×512,既可以像素全部输出,又可实现任意p×q像素合并读出。通过将信号处理电路转移到焦平面的方式,可大大降低后续图像处理的计算量,从而使系统降低了功耗并提高了处理效率。