一種基于單片機(jī)的可控成像系統(tǒng)設(shè)計

摘要：基于彩色面陣CCD傳感器設(shè)計的高速實(shí)時圖像采集系統(tǒng)，以信號處理芯片CXD3172AR為核心，可實(shí)現(xiàn)輸出標(biāo)準(zhǔn)PAL／NTSC格式的視頻信號，具有自動白平衡、自動曝光、缺陷補(bǔ)償?shù)裙δ?，并?gòu)建優(yōu)化的模擬前端電路(包括相關(guān)雙采樣和自動增益控制)大幅度提高了采集數(shù)據(jù)的信噪比。根據(jù)DSP芯片具有參數(shù)化控制的特點(diǎn)，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與DSP的特殊通訊傳輸協(xié)議來配置DSP參數(shù)，并使用外部開關(guān)控制完成各種信號處理功能。通過仿真調(diào)試，該電路很好地實(shí)現(xiàn)了圖像采集和控制功能。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；CCD；可控化；圖像采集

0 引言
光學(xué)成像系統(tǒng)是將光學(xué)信息轉(zhuǎn)化為人們更易處理的電子信息的重要工具，特別對于智能監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷及消費(fèi)電子領(lǐng)域，其重要性就更大。隨著成像系統(tǒng)功能的復(fù)雜化，攝像機(jī)的便攜易控性成了設(shè)計中需考慮的重要要素。自從1969年Willard S．Boyle和George E．Smith發(fā)明電荷耦合器(CCD)以來，它一直就是光學(xué)成像系統(tǒng)的首選傳感器。相對于目前發(fā)展快速CMOS圖像傳感器，它仍然具備噪聲低，動態(tài)范圍高的優(yōu)點(diǎn)。而CCD的模擬前端決定了采集信號的質(zhì)量，對整個系統(tǒng)信噪比有著決定性的影響，因此對它的噪聲抑制是設(shè)計中的重點(diǎn)。完成各種圖像處理功能的模塊是成像系統(tǒng)的核心，針對低照度視頻信號成像的設(shè)計要求，采用專業(yè)信號處理芯片進(jìn)行各種處理，通過單片機(jī)(MCU)對信號處理芯片(DSP)進(jìn)行參數(shù)配置，以完成各種復(fù)雜運(yùn)算功能的控制，簡化了系統(tǒng)的邏輯設(shè)計，使其具有良好的可控性。

1 系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)由CCD、模擬前端AFE(包括相關(guān)雙采樣CDS和自動增益控制AGC)、信號處理模塊、微處理器模塊以及模擬數(shù)字輸出模塊等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖中CCD傳感器是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，外部光學(xué)信號通過光電轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行各種處理。傳感器輸出模擬信號將經(jīng)前端放大，以差分輸入的方式進(jìn)入AFE，然后通過一系列模擬信號的降噪放大處理(CDS，AGC)，進(jìn)入信號處理模塊進(jìn)行各種運(yùn)算處理。信號處理模塊是連接CCD輸出和后端通用設(shè)備的橋梁，專業(yè)信號處理芯片提供了大量視頻處理運(yùn)算功能和多種視頻輸出格式，為后續(xù)處理帶來了方便。通過DSP的各種處理，得到設(shè)計要求的色度、亮度和飽和度圖像，最后輸出與終端格式兼容的模擬或者數(shù)字信號。模擬輸出可以直接與監(jiān)視器相連，數(shù)字輸出可以通過FPGA，ASIC等器件與VGA，DVI接口顯示器相連。