基于FPGA的面陣CCD成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)
視頻信號處理單元主要完成預(yù)放、濾波、相關(guān)雙采樣(CDS)、后置放大以及A/D轉(zhuǎn)換等功能。本文采用集成圖像處理芯片VSP2230。VSP22 30是一款集成圖像處理芯片,它可以對CCD輸出信號進(jìn)行相關(guān)雙采樣,具有可編程暗電平校正、可編程增益放大器(放大范圍為-6~42 dB)、將模擬信號轉(zhuǎn)換為十位的數(shù)字信號等功能。
相關(guān)雙采樣(CDS)單元是對每個像元信號采樣兩次,分別獲得參考電平和信號電平,將兩個電平值的差作為CCD的輸出信號,通過相關(guān)雙采樣可以濾除復(fù)位噪聲、輸出放大器的白噪聲以及1/f噪聲等。
具體模式見圖4,在嵌位脈沖SHP的上升沿采集參考電平信號,在采用脈沖SHD的上升沿采集信號電平。SHP和SHD的位置很重要,對信號質(zhì)量影響。很大,需要精細(xì)調(diào)整。ICX415AL芯片的每一行前端有3個啞像元,后端有38個暗像元,通過測量這些像元的電荷量,可以獲得該款CCD的暗電平值,將上文的輸出信號再減去暗電平值,就可去除暗電流噪聲,輸出更準(zhǔn)確的信號。VSP2230芯片有兩個引腳即用來完成該任務(wù),即CLPDM和CPLOB引腳。
在CCD輸出暗像元時,將CPLOB置為低電平,其他時候恒為高電平,在CCD輸出啞像元時,將CLPDM置為低電平,其他時候置為高電平。本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/189623.htm
最后將模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字信號,輸出給FPGA,再經(jīng)圖像采集卡輸出至顯示設(shè)備,即可觀看到視頻圖像。
3 波形仿真結(jié)果
本設(shè)計(jì)采用Altera公司的Cyclone系列的EP1C12F25617芯片,在QuartusⅡ9.1集成開發(fā)環(huán)境下,運(yùn)用VHDL語言進(jìn)行編程,利用Modelsim SE 6.5仿真工具進(jìn)行仿真,如圖5所示,時序滿足芯片手冊要求。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
將用VHDL語言編寫好的程序下載到FPGA中,用示波器檢測波形無誤后,接上CCD芯片,將圖像信號經(jīng)LVDS采集卡采集后顯示于電腦上,如圖6所示,由圖可知,該CCD成像系統(tǒng)成像效果良好,符合設(shè)計(jì)要求。
5 結(jié)論
在分析了SONY ICX415AL行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD的驅(qū)動時序的基礎(chǔ)之上,提出了基于FPGA的驅(qū)動時序發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案,并使用VHDL語言實(shí)現(xiàn)了該設(shè)計(jì)方案。整個設(shè)計(jì)充分結(jié)合了FPGA器件的設(shè)計(jì)簡單、調(diào)試靈活、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)和VHDL語言的硬件描述能力強(qiáng)、便于學(xué)習(xí)和理解等優(yōu)點(diǎn)。該CCD相機(jī)具有每秒50幀的幀頻,適用于觀測高速運(yùn)動的物體,成像效果良好,目前已運(yùn)用于實(shí)際工程中。
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