高分辩率CCD硬件系统的设计与研究

【摘要】全景技术已成为计算机视觉领域内的一个重要课题,在视频监控、科研探索、航空测绘等领域内都具有广泛的应用前景。目前全景技术中的前端摄像机像素在25万-38万之间、彩色分辨率为420线、黑白分辨率在500线上下,不能满足高清前端摄像机像素38万以上、彩色分辨率大于或等于480线、黑白分辨率在570线以上的高质量图像采集的要求。针对应用在全景技术中的前端摄像机分辨率不足的问题,立足于视频监控发展的要求和全景技术的需要本文设计了一种具有外同步功能,具备44万像素、彩色分辨率在550线的CCD视频前端采集设备,以满足全景视频监控领域高清晰图像采集的要求。本课题通过分析高清前端摄像系统需求,对比不同的解决方案,最终确定采用SUPERHAD技术的ICX409AK作为CCD图像传感器,在此基础上分别确定专用DSP芯片CXD3172AR作为核心视频处理器,其内置CCD驱动器和八位模数转换器,支持外同步功能,缩短了开发的周期；外附以视频信号降噪放大处理器、外同步信号电路、EEPROM存储单元和电源电路的设计方案。系统中图像传感器有效像素为752(H)×582(V),显示图像清晰,已属于高端视频监控CCD;IC级视频信号处理芯片CXA3796N,具有相关双采样电路和大范围可调可编程增益放大器,实现对原始视频信号的降噪和放大功能；可重复擦除和写入存储器EEPROM用于存储专用DSP固件程序和系统操作模式的选择；利用锁相环电路相位跟踪的作用,设计锁相环电路实现本地视频信号驱动时钟同步于外同步信号；电源单元针对CCD对电压的严格要求,实现系统提供的12V电源通过电压转换芯片降压为3.3V,同时通过线性电源转换成5V。同时考虑布线、体积、外同步信号相互干扰等问题,采用图像采集和同步电路分离在两块PCB上,提高了系统的可靠性。测试结果表明,驱动信号、视频输出信号符合芯片手册要求,采集到的图像清晰、画面连贯、疵点少、50帧/s。通过观察监视器和对比示波器中外同步信号波形与视频输出信号波形,两台CCD摄像机同一频率扫描图像,视频信号与外时钟信号相位稳态差固定在10μs内,实现任一帧周期内驱动时钟与外信号同步的功能。通过对电子摄像机分辨率测试方法的研究,搭建测试平台对高清前端摄像系统的空间分辨率进行测试,测试结果表明,高清前端摄像系统具备44万有效像素,实现了高质量图像采集的设计初衷,具有较高的应用价值和研究意义。
【作者】焦旸；
【导师】国蓉；
【作者基本信息】西安工业大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】高分辨率CCD；摄像机；全景技术；外同步功能；

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