d8光电图传应用

1、【8】 Ch.8 CMOS图像传感器 说明:教材P157 CH.8前4节（8.18.4）内容已在光电技术原理课程中讲过，恕不重复；其中，P183 8.5内容在此讨论。 与CCD相比，CMOS图像传感器性能稍差，但尺寸小、价低、多读出方式、任意局部取景和高速读取等优势，已占市场先机。8.5.1 M28-SA型CMOS摄像机 DALSA产品，快、能整体、局取曝光和快拍；与CCD相比，动态范围大大超过，达120dB，光谱范围相差无几，但响应曲线平滑度差距较大，不大适用于光谱探测。 （1）性能参数：三种型号性能参数对比；只IM28-SA有小范围取景参数。性能比CCD稍差，但尺寸小、价低、多读出方式。（

2、2）电子束扫描/像敏单元构成靶面，正面成像转换，背面扫描读取（2）电子束扫描/像敏单元构成靶面，正面成像转换，背面扫描读取（2）光谱响应特性？（3）动态范围大： 采用线性对数模式：软件自动控制模式转换像亮度弱时为线性模式，像亮度强时为对数模式（“乘”变“加”），动态范围如前述可达120dB。（6）软件功能设定：软件功能执行程序，写入E2PROM，根据运行需要，调入专用移位寄存器，以供调用（P241表86）。（4）非略读/略读2种增益控制模式 非略读模式增益选1或4。略读模式要与“线性对数响应模式”配合细选定增益，防信号丢失（此方式时常数略增，帧周不宜太短，否则信号丢失。图6-80比较效果；改错

3、）。（5）最小取景：2行64列(前页表85/M28)。1 如移存器1517“曝光控制”程序：（图861）快门开正脉冲将所有像元复位、再积分，快门关图像电荷信号帧读出。 又如移存器2123“设置帧时间”：）自主模式（图862）：帧频固定，拒外触发；帧周期内场逆程复位、积分，场正程帧读出，扫描图像。)外触发模式：帧频设置由外触发同步，其它同自主模式。（翻P185图863）8.5.2 MC1300高速CMOS摄像机（适用于动目标摄像，参数见前表85） 硬件功能功能存储器M：（1）6个功能简表存储运行模式或参数，如亮度、对比度、灰度等。可设置、可修改。场逆场正（2）从M取出的运行模式、参数，输入专用移

4、存器（15个）以供调用，实现特定功能。（3）能实施控制的模式、参数举例：行长度； 曝光形式（定时/可调）；帧频；像敏元合并（相邻元提高灵敏度，区别于“积累”）；增益；摄像计数；闪烁曝光CH.9 视频信号处理与计算机数据采集（输出）9.0 CCD芯片的选用依据（1）根据图像分辨率选用像元尺寸：如要求图像精度即最高空频40tvl/mm，由采样定理，采频fs80tvl/mm，采样周期即电视线、元宽1/80mm12.5m，此即像元尺寸要求（2）物照度映射静像亮度的范围变化：CCD的动态范围（3）动像亮度的时间变化数据采集时间Ts：fs2fm(t) ,即TsTm(t)/2，则Ts +t积（分时间）元周T

5、。（4）数据采集前，要对视频信号数字化：二值化（信号边沿陡化）处理；采样、保持、量化和编码ADC。9.1 二值化处理（板书简介P189图9-1。已讲自阅）9.2 模数变换ADC（自阅）9.3 线阵CCD输出信号的数据采集与计算机接口(图915) CCD输出模拟视频信号不能（？）直接被计算机接收处理。除须将模信变数信外，还要按计算机业内约定的数据格式、要求，使格式化数字信号的电平高低、阻抗匹配、传输速率、时间段起点终点、传输方式等处理好，方可传输接口功能与方式（并、串、总线等）。9.3.1 采集与接口原理 常用总线方式：接口电路做在电路板上，板插机内总线扩展槽。由各种总线信号控制CCD与机内CP

6、U、卡内M直接通信；利用此机内资源，快，成CCD数采主流。（1）收采：行元同步驱控CCDFc、SP采卡；视模经ADC视数、址发M（2）发集：PC（AB）机M址译（Fc、SP）步控器视数M、地址器发地址值数据缓冲接口电路（DB）机M（CPU）CCD外同步9.3.2 典型PC总线线阵CCD数据采集卡 （1）AD16-2K卡：适用于2048元、16位AD的PC总线的采集卡。其中的FPGA/Altera7032完成地址计数、同步控制、地址译码等。 16位A/D700： 由比较器推知为逐次反馈比较型，数据可串、并（常用）出；并出时，先高8位后低8位；精度高，快（元16位转换周期17s），有采样保持S/H

7、，3态出，可作光谱探测。 AB 工作： Fc行、SP元升沿启动ADC行转换,一元转换完成后，（Status或）Data Ready,7032中同步控制功能发出双脉冲信号，读AD转换器寄存器高8位、低8位数据。读出到何处？在 RAMcs -wd控制下，分时输出到地址发生器指定的6264像存储器M地址空间；该2个字节空间高8位、低8位数据描述一元像素信号43202元全部转换完后，同步控制器通知计算机通过步控读像M，写入机地址-译码器指定的计算机存储器M空间，完成二行数据的采集工作。AB 特点：)2048CCD只须出供Fc、SP，容易与之连接；）内设8KB像数信M，1次采集2行；扩展到1MB，存25

8、0行。设每行积分时间40ms，帧周可采集10s光照变化。用于镀膜过程监测膜厚及其它物理、化学变化。）多行测量取平均值，可消除噪声影响。（2）AD8-H高速采集卡：（原理类上）8位ADC元转换周期67ns，工频15MHz。适用5127500元，M容量大，存千行数据，监测导弹等高速物。（3）多线阵CCD并行同步数据采集卡：控入：多路同步驱动几个CCD。如测试转轮动监测4个方位，行频高出驱频3倍。控出：多CCD多ADC1个接口出。全硬件控制高速转换采集。9.3.3 PCI总线连接器 定义外围部件互连接口/Peripheral Component Interconnect /Interfase 较新的

9、高速总线PCI，规范定义了4种连接器/方式（插入卡）。5V-32PCI-32位插槽最常见，共定义了120个引脚，其主要信号约10种（P200202，自阅）9.3.4 基于PCI总线的A/D数采卡 常用2种方式实现：A-自开发，B-采用现货芯片。（1）A方式：采用高性能FPGA/CPLD,按PCI规范自行制定接口协议自行设计专用芯片生产；开发期长，成本低。（2）B方式：以美国PLX公司生产的总线控制器PCI9052（PPT次页图927/）为主，加上相关芯片构成ADA11GH-PCI数采卡（PPT次页图928）。PCI9052控制CCD感光图像信号AD1672 A/D缓存地址计数器像数据存储器M地

10、址译码PCI总线机M/CPU。（3）几种不同功能线阵CCD数采卡参数（次页表91；以教材P205表9-1为准）ADA11GH-PCI数据采集卡光强分布本课小结 1、CMOS图像传感器- IM28-SA型CMOS摄像机； 2、CMOS图像传感器- MC1300高速CMOS摄像机； 3、视频信号处理与计算机数据采集 （1）CCD芯片元尺寸的选用依据图像分辨率； （2）二值化处理（自阅）； （3）模数变换ADC（自阅）； （4）线阵CCD输出信号的数据采集与计算机接口：采集与接口原理；典型PC总线线阵CCD数采卡； PCI总线连接器定义（收）；基于PCI总线的A/D数采卡。 第八课 作 业 8.7； 8.8 ； 9.4; 9.5。提问：举例说明如何根据图像空间分辨率选用像元尺寸？答案：如要求图像精度即最高空频40tvl/mm，由采样定理，采频fs80tvl/mm，采样周期即电视线、元宽（1/80）mm12.5m，此即像元尺寸要求。 复习题1：根据图像空间分辨率选用像元尺寸：如要求图像精度即最高空频40tvl/mm，由采样定理，采频fs80tvl/mm，采样周期即电视线、元宽（1/80）mm12.5m，此即像元尺寸要求。 复习题2：由动像亮度的时间分辨率（变化快慢）数据采集时间Ts：fs2fm (t),即TsTm(t)/2，设积分时间t，则Ts元周Tt。 复习题3：AD16-