用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统的研究

本文采用面阵CCD ICX415AL作为传感器件,设计了一种用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统。成像系统对两片面阵CCD进行光学拼接,使它们完全共面,这样可以在保证目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求。本文在介绍面阵CCD ICX415AL的结构和特点的基础上,完成了ICX415AL的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比。为了获得好的成像质量,系统在设计完后要进行辐射定标,根据本文中的定标实验数据,确定了最佳的动态范围和工作点。整个系统采用现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率。     

用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统

采用面阵CCD ICX415AL作为传感器件,设计了一种新型的用于动态目标跟踪的面阵CCD成像系统.成像系统对两片面阵CCD进行光学拼接,使其完全共面,从而保证在目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求.在介绍面阵CCD ICX415AL的结构和特点的基础上,完成了ICX415AL的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比.为了获得好的成像质量,对所设计的系统进行了辐射定标.根据文中的定标实验数据,确定了最佳的动态范围和工作点.实验结果表明:在曝光时间为0.192～0.72 ms时,成像系统工作正常,在曝光时间为0.32 ms时,成像系统动态范围最大.整个系统采用现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率.     

面阵CCD芯片KAI-1010M的高速驱动系统设计(最终版）

CCD芯片的驱动系统是空间数字测绘相机的核心部分之一,它关系到整个相机的性能和技术指标。简要介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构和驱动时序,采用新方法和低成本器件设计了该CCD芯片的驱动电路,把电源和电机控制的脉冲宽度调制技术引入到CCD驱动电路,采用超高速运放驱动高速负压信号以减小其上升、下降沿时间,达到高速低成本驱动要求,解决了驱动设计中的技术难点。实验结果表明：此CCD驱动系统采用低成本的器件设计,具有性能好,成本低,能够同时输出两路CCD电压信号,数据输出速率达15 frame/s,满足空间测绘相机系统的设计要求。若进一步改进电路,数据输出速率可达27 frame/ s。     

面阵CCD芯片KAI—1010M的高速驱动系统设计

介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构和驱动时序,采用新方法和低成本器件设计了该CCD芯片的驱动电路,把电源和电机控制的脉冲宽度调制技术引入CCD驱动电路,采用超高速运放驱动高速负压信号以减小其上升沿和下降沿时间,达到高速低成本驱动要求,解决了驱动设计中的技术难点.实验结果表明,此CCD驱动系统采用低成本的器件,性能好、成本低、能够同时输出两路CCD电压信号,数据输出速率达15frtame/s,满足空间测绘相机的系统设计要求.若进一步改进电路,数据输出速率可达27frame/s.     

基于FPGA的面阵CCD驱动时序设计

针对柯达公司的前照明行间转移型面阵CCD KAI-0340,对它的驱动时序进行详细的分析,设计满足CCD工作脉冲的驱动时序。采用Altera公司的可编程逻辑器件(FPGA)作为核心控制器件,完成自顶而下的模块设计,实现了硬件电路设计的软件化,开发效率得到了提高,软件程序可重复编程和修改。实验的仿真结果表明,设计的驱动时序能够满足CCD KAI-0340的正常工作。     

角膜图像采集系统中的CCD驱动设计

针对角膜图像采集系统开发过程中的面阵CCD图像传感器驱动进行了设计。选用ICX424AL面阵CCD作为图像采集系统的图像传感器,分析了ICX424AL的驱动时序要求,介绍了高性能模拟前端处理芯片AD9949A内部主要电路模块的工作原理及相关电路的寄存器控制方法,实现了基于CPLD与AD9949A的ICX424AL驱动设计。最终测试结果显示,CCD可产生正确的模拟信号输出,将数字视频信号采集到计算机后,能够得到良好的图像采集效果。     

基于CPLD的面阵CCD驱动时序发生器设计

CCD技术在图像传感和非接触测量领域发展前景广阔。CCD驱动时序的产生是其应用的关键。在分析Sony公司的ICX205AL型面阵CCD器件驱动时序关系的基础上,设计了其驱动时序发生器。选用复杂可编程逻辑器件(CPLD)作为硬件设计平台,使用Verilog硬件描述语言对该驱动时序发生器进行了硬件描述。所设计的驱动时序发生器采用ispLEVER软件进行了功能仿真,并针对Lattice公司的可编程逻辑器件LC4256V-75T100I进行了硬件适配。实际测试表明,所设计的驱动时序发生器能够满足面阵CCD的驱动要求,实现了设计目的。     

绝对光谱辐照度仪的波长定标

为了提高太阳绝对光谱辐照度仪的波长定标精度,提出了用线阵CCD作为位置传感器进行波长定标的方案,完成了0.4～1.0μm波长的定标.根据仪器的安装结构和Fèry棱镜的参数,描述了波长与CCD像元的对应关系,制定了定标与计算方法,并介绍了器件的选型及线阵CCD的时序驱动和输出信号的处理.在室内波长定标中,利用可调谐激光器作为光源,确定了CCD像元与中心波长的对应关系,并通过光谱扫描进行了验证.在室外开展了太阳观测实验,并与可见-短波红外光谱仪做了对比.实验结果表明,波长定位精度优于0.5 nm,测量的光谱曲线吸收峰与大气典型吸收谱线吻合,同时验证了波长定标方案的可行性与CCD电子学设计的合理性.     

一种驱动面阵CCD特殊时钟信号实现方法

在面阵驱动电路设计中,经常遇到具有3种电平状态(零电平、正、负电平),同时电平幅值较高的时钟信号驱动电路设计的问题是以往线阵CCD驱动电路设计中从未遇见过的.本文提供一种满足新任务需求的驱动面阵CCD器件时钟信号的实现方法及电路.     

基于CPLD的面阵CCD驱动电路的设计

针对面阵型CCD器件TC341驱动时序的要求,提出了一种基于可编辑逻辑器件(CPLD)实现的CCD驱动电路的设计方案.分别设计了供电电压模块、偏置电压产生模块、驱动器模块以及时序产生模块.用Quartus II 9.1软件对时序驱动设计进行了仿真,并给出了仿真结果.结果表明,所设计的驱动时序电路完全满足面阵CCD TC341驱动时序的要求.     

利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度,实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程,利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列,实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法,掩模形状决定了帧速,帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明,通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后,对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模,基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证,获得了14幅79pixel×79pixel的图像,其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。     

外同步式时间延迟积分CCD传感器模拟装置

由于时间延迟积分(TDI) CCD传感器在调试阶段易损坏,本文提出了一种基于外同步信号驱动原理的TDI CCD传感器模拟装置.该模拟装置实际尺寸可以达到长100 mm,宽45 mm,与实际TDI CCD传感器的物理尺寸相当,可根据实际光照度大小精确地模拟TDI CCD传感器像元感光程度.该装置可以模拟TDI CCD传感器输入引脚的阻容特性并能合成完整的TDI CCD视频输出信号,实现TDI CCD传感器的16、32、48或64级积分级数控制的功能.该装置还可以模拟CCD驱动信号和输出视频信号的温度延时特性,延时时间在0.5～12.5 ns间可调,从而方便了信号采样电路对采样时刻的调试.     

高分辨率CCD芯片FTF4052M的驱动系统设计

CCD芯片的驱动系统是数字航测相机的核心部分,它关系到整个相机的性能和技术指标。介绍了高分辨率全帧CCD芯片FTF4052M的内部结构和驱动时序,采用集成芯片设计了该CCD芯片的驱动电路并应用于数字航测相机系统,其中包括驱动电路的时序设计和所需偏置电源的设计。集成芯片SAA8103为驱动CCD芯片提供脉冲信号,与TDA9991协调工作产生CCD垂直行驱动时钟,与74ACT04芯片配合产生驱动CCD芯片的水平像素转移时钟。实验结果表明,此CCD驱动系统采用大规模专用集成芯片进行设计,具有性能好,功耗低,体积小的优点,能够输出两路CCD电压信号,数据输出速率达2帧/s,满足了数字航测相机系统的设计要求。     

超高分辨率CCD成像系统的设计

介绍了基于50 Mpixel超高分辨率全帧型CCD芯片KAF50100的成像系统设计方法.该系统采用幕帘式焦平面机械快门对CCD进行曝光控制,CCD输出图像信号在专用模拟前端(AFE)芯片AD9845B中进行处理和模数(A/D)转换后,经现场可编程门阵列(FPGA)缓存和排序,通过低压差分信号(LVDS)接口发送至上位机.系统中所有驱动时序和控制信号均由FPGA产生,上位机通过RS422总线对系统进行命令控制.针对KAF50100四路输出不均匀性问题提出了基于最小二乘法拟合的校正方法.实验验证表明,系统可在KAF50100的最大速度模式下工作,像素读出速度为4×18 MHz,最大帧速为1 frame/s,电路读出随机噪声为2.76@12bit,动态范围为63.4db.该成像系统设计方法可以充分发挥KAF50100的性能,并且具有良好的通用性和扩展性,可以广泛应用于超高分辨率CCD成像系统的设计中,如可见光水下探测、卫星遥感、天文观测等.     

基于CPLD的CCD驱动时序电路的设计

利用CPLD复杂可编程逻辑器件，结合VHDL硬件描述语言，设计了一种线阵CCD驱动时序电路。并通过MAX＋PLUS Ⅱ软件的时序仿真分析，证明该设计方法的可行性。     

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54 dB。     

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。