基于FPGA和USB的面阵CCD图像采集系统设计
(整理)基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计.
基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计作者：时间：2010-05-05 来源:电子产品世界0 引言CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。
近30年来，CCD器件及其应用技术的研究取得飞速进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展尤为迅速，它具有噪声低、光谱响应宽、精度和灵敏度高、可靠性好等优点。
CCD 成像系统主要由光学系统、驱动电路、信号处理电路和图像处理电路组成。
本文主要介绍CCD传感器驱动电路的设计，包括驱动时序产生电路、电源变换电路和驱动器电路。
其中，驱动时序产生电路向CCD传感器提供正常工作所需要的各种时序脉冲；电源变换电路向CCD提供正常工作时所需的各种直流偏置电压；驱动器电路用来提高驱动时序的驱动能力。
l CCD驱动时序电路的要求及实现1．1 CCD图像传感器TH7888ACCD图像传感器采用ATMEL公司的TH7888A。
它是一种高性能的帧转移面阵CCD器件，提供单路和双路两种输出方式，输出数据速率可达40 MHz，每秒30帧图像。
TH7888A具有较低的暗电流及像元读出噪声，可用电子快门来调节曝光时间，性能优异。
TH7888A由感光区，存储区和水平移位寄存器构成，有效像元数为1 024×1 024个。
CCD的一个工作周期可分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段。
光积分阶段进行感光阵列的电荷积累，存储区到转移寄存器的电荷转移(行逆程)以及转移寄存器向输出放大器的电荷输出(行正程)；转移阶段主要进行帧转移，即将感光区的光积分电荷转移至存储区。
要完成如上功能就要给CCD提供严格的驱动时序时钟。
TH7888A的各驱动时序关系如图1所示。
图1中，φPA为帧时钟，高电平时为光积分阶段，低电平时为电荷转移阶段。
φP1～φP4为帧转移脉冲，在光积分阶段时不变，在电荷转移阶段时同行转移控制信号φM1～φM4一起完成整帧的转移。
基于USB2.0的面阵CCD图像采集系统设计
基于USB2.0的面阵CCD图像采集系统设计
许煜;叶炜;顾一;凌鋆
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2008(36)11
【摘要】设计了一种基于USB2.0的面阵CCD图像采集系统.简要介绍了系统的整体设计思路和各主要模块作用.选用复杂可编程逻辑器件作为硬件设计载体,使用Verilog HDL语言对驱动时序发生器进行编程.最后详细阐述了USB的软件框架.【总页数】4页(P97-100)
【作者】许煜;叶炜;顾一;凌鋆
【作者单位】浙江大学工业控制技术国家重点实验室工业控制技术研究所,浙江杭州,310027;浙江大学工业控制技术国家重点实验室工业控制技术研究所,浙江杭州,310027;浙江大学工业控制技术国家重点实验室工业控制技术研究所,浙江杭州,310027;中国计量学院信息工程学院,浙江杭州,310018
【正文语种】中文
【中图分类】TN386.5
【相关文献】
1.基于USB
2.0的实时图像采集系统设计 [J], 王窗
2.基于FPGA和USB的面阵CCD图像采集系统设计 [J], 杨勇奇;王典洪;徐朝玉;倪效勇;罗林波
3.基于FPGA和USB2.0的数字图像采集系统设计 [J], 郑新钱;王辅明
4.基于CMOS图像传感器及USB2.0的图像采集系统设计 [J], 程玉龙;袁祥辉
5.基于FPGA和USB2.0的线阵X射线图像采集系统设计 [J], 廖朝阳;武和雷;项安因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于FPGA的图像采集处理系统
基于FPGA的图像采集处理系统在现代科技领域，特别是计算机视觉和机器学习领域，图像采集和处理已经成为一项至关重要的任务。
在许多应用中，需要快速、准确地对图像进行处理，这推动了图像采集和处理系统的研究和发展。
现场可编程门阵列（FPGA）作为一种可编程逻辑器件，具有并行处理能力强、功耗低、可重构等优点，使其成为构建高性能图像采集处理系统的理想选择。
FPGA是一种可通过编程来配置其硬件资源的集成电路，它由大量的可配置逻辑块、内存块和输入/输出块组成。
这些逻辑块和内存块可以在FPGA上被重新配置，以实现不同的逻辑功能和算法。
输入/输出块可以用于与外部设备进行通信。
基于FPGA的图像采集处理系统通常包括图像采集、预处理、传输、主处理和输出等几个主要环节。
这个阶段主要通过相机等设备获取图像数据。
相机与FPGA之间的接口可以是并行的，也可以是串行的。
并行接口通常传输速度更快，但需要更多的线缆；串行接口则使用更少的线缆，但传输速度可能较慢。
这个阶段主要是对采集到的原始图像数据进行初步处理，如去噪、灰度化、彩色化等。
这些处理任务可以在FPGA上并行进行，以提高处理速度。
经过预处理的图像数据需要通过接口或总线传输到主处理单元（通常是CPU或GPU）进行处理。
在传输过程中，可以使用DMA（直接内存访问）技术，以减少CPU的负载。
在这个阶段，主处理单元（通常是CPU或GPU）会对传输过来的图像数据进行复杂处理，如特征提取、目标检测、图像识别等。
这些处理任务需要大量的计算资源和算法支持。
处理后的图像数据可以通过接口或总线传输到显示设备或用于进一步的处理。
基于FPGA的图像采集处理系统具有处理速度快、可重构性强、功耗低等优点，使其在许多领域都有广泛的应用前景。
特别是在需要实时图像处理的场景中，如无人驾驶、机器视觉等，基于FPGA的图像采集处理系统将具有更高的性能和效率。
随着FPGA技术和相关算法的发展，我们可以预见，基于FPGA的图像采集处理系统将在未来得到更广泛的应用和推广。
基于FPGA的高速图像采集处理系统设计与实现
基于FPGA的高速图像采集处理系统设计与实现近年来，随着科技的不断进步，数字图像采集技术也迎来了一次腾飞。
作为一种高效、稳定的图像采集技术，基于FPGA的高速图像采集处理系统被广泛应用于视频监控、医学影像、工业检测等领域。
本文将详细介绍基于FPGA的高速图像采集处理系统的设计与实现过程，包括硬件平台的搭建、图像采集核心模块的设计与实现，以及数据传输与存储等相关内容。
一、硬件平台搭建硬件平台是基于FPGA进行设计的核心环节，同时也是决定整个系统性能的重要因素。
我们选用了Xilinx公司的Zynq系列SoC（System on Chip）作为硬件平台，该芯片结合了高性能的ARM Cortex-A9处理器和可编程逻辑门阵列（FPGA），能够提供很高的计算性能。
同时，该系列SoC还具备高速串行接口和DMA控制器，能够实现高速数据传输与存储。
在硬件平台搭建过程中，我们需要先将SoC与外部存储芯片、高速采集器等外设连接。
为了保证系统的稳定性和可靠性，我们还需要添加适当的电源管理模块、时钟管理模块和温度控制模块。
最后，我们将通过Vivado软件对硬件平台进行初始化和配置，以保证系统的正常运行。
二、图像采集核心模块的设计与实现图像采集核心模块是基于FPGA进行设计的重要模块，主要用于快速采集输入信号，并将其转换为数字信号进行后续的图像处理。
该模块的性能直接影响到整个系统的速度和稳定性，因此需要在设计时充分考虑系统需求和硬件资源。
我们选用了LVDS差分信号传输技术作为图像采集的接口方式，该技术具有低噪声、抗干扰性强等优点，可以保证高质量的图像采集。
同时，我们还采用了FPGA内部的片上ADC（Analog to Digital Converter）模块，能够实现快速、高精度的信号采集。
为了保证信号的稳定性和减小信号处理延迟，我们还采用了FPGA内部的DMA（Direct Memory Access）控制器，实现高速数据传输和转换。
基于FPGA 的面阵CCD 图像采集系统
50
电摇 子摇 器摇 件
第 36 卷
图 1摇 系统设计框图
1. 2摇 CCD 驱动时序分析 ICX618AQA 是 Sony 公司生产的行间转移面阵
CCD 图像传感器芯片。 它的面积为 1 / 4 foot ( 对角 线长度) ,有效像素为 659 ( H) 伊494 ( V) ,像元尺寸 5. 6 滋m伊5. 6 滋m,帧频为 60 frame / s。 驱动部分电路 图如图 2 所示。
到 G12 和 B22 ,同时用取得的 4 个数据进行计算,每次 输出的数据是对 2伊2 像素块的处理结果。
图 6摇 颜色恢复示例
图 7摇 四种排列方式
由于进入移位寄存器后的像素有 4 种排列模 式,需要设计两个计数器并通过最后一位来判断颜 色处于哪种顺序之下。 从上述方法可以看出,采用
52
电摇 子摇 器摇 件
因为 CCD 器件需要精确的驱动波形,所以比起 CMOS 有更复杂的外围电路。 同时由于选用的 CCD 器件采用的 Bayer Array 作为颜色滤波阵列,采得的 数据还需要经过插值算法恢复图像颜色。 基于以上 原因,本系统选用 FPGA 做主控芯片,产生垂直移位 驱动波形的同时配置 AD 寄存器以产生水平移位驱 动波形,并运用一种插值算法恢复图像数据输出到 上位机[1-4] 。 实验结果满足研发一个采集前端系统 的要求。
荷耦合元件) 驱动时序及 ADI 公司 AD9949 片寄存器配置的基础上,设计图像采集硬件系统。 采用一种插值算法,恢复 Bayer 格式滤波阵列获得的 RAW 数据,并通过 Cameralink 接口传至上位机实时显示。 整个系统选用 FPGA 实现控制,使用 Verilog HDL 对硬件时序进行描述仿真。
收稿日期:2012-08-21摇 摇 修改日期:2012-10-11
基于FPGA的图像采集系统设计与实现的开题报告
基于FPGA的图像采集系统设计与实现的开题报告一、研究背景与意义随着数字图像处理技术的广泛应用，图像采集技术也变得越来越重要。
图像采集系统是将现实世界中的信息转换为数字信号的设备，它通常包括图像采集器、模数转换器、数字信号处理器和存储器等。
其中，图像采集器是系统中最重要的部分，它能够将光学图像转换为数字信号。
图像采集器的性能，直接决定了整个图像采集系统的质量。
传统的图像采集系统通常使用CPLD或者DSP等芯片实现。
然而，由于CPLD的资源有限，DSP的算法处理能力不足等原因，这些方案存在一定的局限性。
而基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的图像采集系统具有资源丰富、可重构性强、并行性好等优点，已经被广泛应用于高清视频采集、医学图像处理等领域。
本项目旨在设计和实现一种基于FPGA的图像采集系统，通过深入研究图像采集器的原理和方法，实现图像的高速、高质量采集，并将其应用到虚拟现实、机器视觉、数字医学等领域中。
二、研究内容和方法1. 研究图像采集器的原理和方法本研究将深入分析传感器传感器、ADC（Analog-to-Digital Converter）、PLL（Phase-Locked Loop）等图像采集器的基本原理和方法，研究图像采集系统中各个组件的作用，以及它们之间的相互作用关系，从而为后续的系统设计提供理论支持。
2. 设计FPGA图像采集器模块基于VHDL语言，设计FPGA图像采集器模块，并进行仿真验证。
重点研究采集器的硬件控制逻辑实现，解决同步时序、速率转换等问题。
利用FPGA的可重构性优势，优化数据处理流程，实现高速数据的运算和处理。
3. 设计采集器控制与接口电路设计采集器的各个接口电路，包括传感器电路、ADC电路、传输控制器与扩展接口等。
考虑和硬件的协作，使得系统更加完善。
4. 系统调试和实验验证通过基于硬件和仿真环境下的实验来验证采集器的性能和有效性。
基于FPGA的面阵CCD成像系统设计
基于FPGA的面阵CCD成像系统设计作者：唐艳秋张星祥李新娥任建岳来源：《现代电子技术》2013年第02期摘要：采用SONY 行间转移型面阵CCD ICX415AL 作为图像传感器，设计了一款新型CCD成像系统。
以Altera公司的FPGA芯片EP1C12F256作为时序发生器产生CCD驱动信号。
采用相关双采样技术滤除了视频信号中的相关噪声，提高信噪比。
在Quartus Ⅱ 9.1开发环境下采用VHDL编程，并利用Modelsim SE 6.5仿真软件进行仿真测试。
实验结果表明，所设计的时序满足ICX415AL的时序要求，在29.5 MHz的时钟驱动下，每秒输出50帧图片，能满足高速跟踪要求。
关键词：行间转移型面阵CCD；驱动时序；相关双采样； FPGA中图分类号：TN386.5⁃34 文献标识码：A 文章编号：1004⁃373X（2013）02⁃0123⁃030 引言CCD（Charge Coupled Device）是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件，它可以把通过光学镜头投影到其上的景物可见光信号转换成比例的电荷包，并在适当的时钟脉冲的驱动下进行定向转移，从而输出成为电压视频图像。
CCD具有集成度高、功耗小、体积小、工作电压低、灵敏度高等优点[1⁃2]，目前已广泛应用与空间遥感、对地观测等领域。
按结构分类，CCD可分为线阵CCD和面阵CCD，而面阵CCD按排列方式又可分为全帧转移（Full Frame）CCD、帧转移（Frame Transfer）CCD以及行间转移（Interline Transfer）CCD。
三种类型的CCD各有优缺点，其中行间转移CCD不需要机械快门，速度最快，最适合用于观测快速运动的物体。
本文设计了一种行间转移型面阵CCD的高速驱动电路[3⁃4]。
1 行间转移型面阵CCD的结构和工作模式本设计采用的是SONY公司的ICX415AL型号 CCD芯片，ICX415AL是行间转移型面阵CCD，对角线为8 mm，尺寸为8.3 μm×8.3 μm，总像元素为823（H）×592（V），有效像元为782（H）×582（V）。
基于FPGA的面阵CCD光谱采集系统设计
基于FPGA的面阵CCD光谱采集系统设计
陈瀚;黄斐;薛萌;朱亮庆;郭汉明
【期刊名称】《软件导刊》
【年(卷),期】2022(21)3
【摘要】微型化是拉曼光谱仪的发展趋势,面阵CCD具有灵敏度高、动态范围大、量子效率高、体积小等优点,非常适合用来对拉曼光谱进行探测。
设计一种基于现
场可编程逻辑器件的面阵CCD光谱采集系统,系统以Hamamatsu公司的
S11510-1106型面阵CCD作为光电传感器,通过FPGA芯片及Verilog语言实现
对整个系统的控制,使用CCD专用信号处理芯片AD9823与模数转换芯片
ADS8381,基于相关双采样原理对CCD信号去噪并实现高速A/D转换,同时用串口完成CCD数据传输,最后在上位机软件上显示采集的光谱数据。
测试结果表明,该
系统能够正确地采集与显示光谱信息,且电路体积小、控制时序精确、采集效果良好,非常适合作为微型拉曼光谱仪的光谱采集系统。
【总页数】7页(P138-144)
【关键词】拉曼光谱仪;光谱采集;面阵CCD;FPGA;相关双采样;VERILOG
【作者】陈瀚;黄斐;薛萌;朱亮庆;郭汉明
【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP302.1
【相关文献】
1.基于ARM7与FPGA架构的面阵CCD图像采集系统的设计
2.基于FPGA的面阵CCD图像采集系统
3.基于FPGA和USB的面阵CCD图像采集系统设计
4.基于FPGA/SOPC架构的面阵CCD图像采集系统的设计
5.基于FPGA的线阵CCD激光采集系统设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系统控制核心，以 CCD 为图像传感器，经 AD9945 实现 高速 A/D 转换，通过 USB 接口连接 FPGA 和计算机完成 数据和命令的传输，最后在上位机程序中实时显示采集 的图像数据。
1 系统硬件设计
系统架构如图 1 所示，该系统硬件架构图由 CCD 图 像传感器、FPGA、信号处理电路和 USB 接口组成。
Abstract：A real⁃time image acquisition system with the area array CCD ICX618 made by Sony as the sensor is designed. In the system with FPGA as the control core，the AD9945 chip is used to perform the related double sampling processing and A/D conversion for output signals of the CCD. The USB interface is used to complete high⁃speed data transmission，and data is pro⁃ cessed and displayed on the upper computer. The experimental results show that the designed CCD image acquisition system can work stably at the frame frequency of 40 f / s，has good performance，low cost，high reliability，and good practical value，and can provide a reference for the application of other types of CCDs.
Keywords：image acquisition；area array CCD；FPGA；USB；sensor；high⁃speed data transmission
0引言
CCD 是一种能将光信号转变为电信号的探测器件， 鉴 于 其 体 积 小 、功 耗 低 、动 态 范 围 大 、响 应 速 度 快 等 优 点 ，在 图 像 传 感 和 图 像 检 测 领 域 得 到 广 泛 应 用[1]。 在 X 射线衍射仪（X⁃Ray Diffraction，XRD）中，利用面阵 CCD 替 代 测 角 仪 是 实 现 仪 器 便 携 式 应 用 的 关 键 技 术 [2]，但 应 用于 X 射线波段的科研级大面阵 CCD 价格十分昂贵，单 片 价 格 达 到 数 万 元 ，而 且 其 内 部 工 艺 复 杂 ，对 控 制 电 路 要 求 极 其 严 格 ，容 易 因 为 控 制 不 当 造 成 损 坏 [3]。 采 用 工 业 级 的 CCD 搭 建 一 个 图 像 采 集 系 统 ，为 科 研 级 面 阵 CCD 的应用提供一个前期验证的参考模型是非常必要 的。本文设计了一套实时图像采集系统，采用 FPGA 为
YANG Yongqi1，WANG Dianhong1，XU Chaoyu1，NI Xiaoyong1，LUO Linbo2
（1. China University of Geosciences，Wuhan 430074，China； 2. Wuhan Industrial Technology Research Institute of Geo⁃resources and Environment Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）
关键词：图像采集；面阵 CCD；FPGA；USB；传感器；数据高速传输
中图分类号：TN386.5⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2018）16⁃0022⁃04
Design of area array CCD image acquisition system based on FPGA and USB
第 16 期
杨勇奇，等：基于 FPGA 和 USB 的面阵 CCD 图像采集系统设计
23
系统上电后，首先完成 FPGA 内各模块参数的初始 化 。 当 FPGA 接 收 到 采 集 命 令 后 ，输 出 CCD ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 驱 动 时 序，CCD 在驱动时序的控制下输出光电转换后的模拟电 压。其经射极跟随器后对 AD9945 芯片进行相关双采 样和 A/D 转换，转换结果经 FPGA 缓存和处理后传输至 USB 芯片内置的 FIFO 中。当 FIFO 达到给定深度时自 动向计算机发送存储的数据，上位机对接收的数据进行 存储、处理，最终实现图像的实时显示。 1.1 FPGA 驱动及控制模块
2018 年 8 月 15 日 第 41 卷第 16 期
现代电子技术 Modern Electronics Technique
22 DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2018.16.006
Aug. 2018 Vol. 41 No. 16
基于 FPGA 和 USB 的面阵 CCD 图像采集系统设计
AD9945 芯片对 CCD 的输出信号进行相关双采样处理和 A/D 转换，经 USB 接口完成数据的高速传输，最后由上位机对数据进
行处理和显示。实验表明，设计的 CCD 图像采集系统在 40 f/s 的帧频下工作稳定，系统性能好、成本低、可靠性高，具有较好
的实用价值，能够为其他型号 CCD 的应用提供参考。
收稿日期：2017⁃11⁃07
修回日期：2018⁃01⁃05
基金项目：湖北省自然科学基金（2014BEC073）
Project Supported by Natural Science Foundation of Hubei
Province（2014BEC073）
图 1 系统架构图 Fig. 1 Architecture of system
杨勇奇 1，王典洪 1，徐朝玉 1，倪效勇 1，罗林波 2
（1. 中国地质大学（武汉），湖北 武汉 430074；2. 武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司，湖北 武汉 430074）
摘 要：设计一种以 Sony 面阵 CCD 器件 ICX618 为传感器的实时图像采集系统。该系统采用 FPGA 作为控制核心，由