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新型數(shù)字CCD相機及其圖像數(shù)據(jù)傳輸卡設計
摘要：以ＤＡＬＳＡ 公司的ＣＡ－Ｄ７－１０２４Ｔ數(shù)字ＣＣＤ相機為例，詳細討論了數(shù)字ＣＣＤ相機的接口信號及其時序關系；研究了數(shù)字ＣＣＤ相機圖像傳輸卡的關鍵技術，介紹了傳輸卡的電路原理及各部分的實現(xiàn)方法。關鍵詞：CCD相機 FGPA 圖像數(shù)據(jù)傳輸卡 PCI總線
隨著ＣＣＤ技術的發(fā)展，頻率高、數(shù)字化的新型ＣＣＤ相機不斷出現(xiàn)。ＣＣＤ相機輸出的數(shù)字化，簡化了相機與傳輸采集系統(tǒng)的接口設計，使數(shù)字ＣＣＤ相機正越來越多地成為實時ＰＣＩ控制、數(shù)據(jù)采集、圖形圖像處理、遙感遙測等系統(tǒng)中的探測器。這種ＣＣＤ相機多采用幀轉移型體系結構，轉換速度快，量化精度、量子效率高。準確理解相機的接口信號及其時序關系，掌握其圖像數(shù)據(jù)傳輸卡的原理及實現(xiàn)方法，可大大拓寬數(shù)字ＣＣＤ相機的應用領域，提高應用系統(tǒng)的靈活性。
１ 數(shù)字ＣＣＤ相機及其接口技術
在本系統(tǒng)中使用ＤＡＬＳＡ公司生產(chǎn)的ＣＡ－Ｄ７－１０２４Ｔ數(shù)字ＣＣＤ相機。該相機是一種幀轉移型的ＣＣＤ相機，相機的空間分辨力為１０２４×１０２４像元，單像元尺寸為１２μｍ×１２μｍ，１００％填充因子。在相機內(nèi)部采用了相關雙采樣（ＣＤＳ）、垂直反暈（ＶＡＢ）等技術，大大提高了相機的成像品質。相機輸出經(jīng)過采樣、量化的數(shù)據(jù)，量化精度為１２位，最大幀頻為８．４Ｈｚ，電子快門。相機內(nèi)部由ＣＣＤ圖像傳感器、驅動器、定時器、Ａ／Ｄ轉換等模塊組成。其接口信號分為兩類：用戶總線接口信號和數(shù)據(jù)總線接口信號。
用戶總線接口信號包括：
·ＥＸＳＹＮＣ?觸發(fā)幀讀出信號，是必備信號。當ＥＸＳＹＮＣ固定接低電平時，相機以最大幀速率輸出圖像數(shù)據(jù)；當ＥＸＳＹＮＣ正負交替時，它的下降沿觸發(fā)幀讀出。
·ＰＲＩＮ?像元復位信號，為可選信號。在兩次ＥＸＳＹＮＣ有效之間復位像元（給積累電荷的電容放電），從而縮短有效曝光時間。ＰＲＩＮ低有效，在其上升沿開始有效曝光。如果ＰＲＩＮ固定接高電平，積分時間最大；如果ＰＲＩＮ被固定接低電平，探測器收集不到任何圖像信息。
·ＢＩＮ?像元合并信號，也是可選信號，可以控制像元合并。像元合并后會降低相機的空間分辨率，但會增強探測器對光的敏感性。ＢＩＮ信號高有效，不用時將其接為低電平。
以上信號均由應用系統(tǒng)產(chǎn)生，送給相機，為應用系統(tǒng)根據(jù)需要設定相機的工作模式提供了手段。
數(shù)據(jù)總線接口信號為相機輸出信號，包括：
·ＤＡＴＡ０～１１?１２位數(shù)據(jù)總線。ＤＡＴＡ０～１１是相機輸出的、分別對應目標某個像元灰度的１２位圖像數(shù)據(jù)。
·ＳＴＲＯＢＥ?像元時鐘信號。ＳＴＲＯＢＥ是圖像數(shù)據(jù)的像元時鐘。它的頻率與數(shù)據(jù)速率相同，即使數(shù)據(jù)無效，ＳＴＲＯＢＥ仍然連續(xù)交變。為了獲得有效的圖像數(shù)據(jù)，傳輸卡應在ＦＶＡＬ和ＬＶＡＬ為高電平時，在ＳＴＲＯＢＥ的下降沿進行數(shù)據(jù)鎖存。
·ＦＶＡＬ?幀同步信號。ＦＶＡＬ高電平表明相機正輸出一幀
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