集成小型化紫外面阵相机信息处理技术研究

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紫外成像技术在航天、通讯、刑侦、水面溢油探测等多个方面都具有广阔的应用前景。随着紫外图像传感系统的应用范围越来越广泛,人们对它的便携性提出的更高的要求。所以紫外成像技术往轻量化、小型化的方向发展已经成为促进社会发展的重要需求,同时轻小型化的紫外图像传感系统也能给社会带来极大的商业价值。本课题设计并实现了一种基于CMOS APS图像传感器的紫外成像装置,CMOS图像传感器因其固有的高集成度优势可以简化紫外成像系统的设计过程,因此对基于CMOS图像传感器的紫外图像传感系统的研究具有十分重要的现实意义。  本课题选用E2V公司的型号为EV76C560的CMOS图像传感器构建紫外图像传感系统,该CMOS图像传感器具有低功耗、高灵敏度等特点。该成像系统采用凝视的方法进行成像,通过对CMOS图像传感器配置,实现像元合并功能,可以有效的减轻系统传输负荷。图像数据在CMOS图像传感器内部就从模拟信号转换为数字信号,并通过并行的方式输入到FPGA。FPGA作为主控芯片产生所需的驱动时序和控制信号。为了适应CMOS图像传感器读出的数据量大、读出速度快的特点,通过FPGA控制DDR2SDRAM缓存器对数据进行缓存,这极大的缓解了FPGA片内资源的压力。本课题通过以物理层芯片与数据链路层软核实现用千兆以太网来传进行数据交互。搭配焦距为60mm的光学镜头和通带波长范围为340nm-360nm的紫外滤光片,完成了系统原理样机的搭建并进行工程验证。试验结果表面,该系统的成像性能和抑制噪声性能良好。最后,总结系统出现的问题并提出下一步的改进方案。  本课题的创新点总结如下:  1.本文主要使用了型号为EV76C560的CMOS APS图像传感器、StratixⅡ系列中的型号为EP2S60F484的FPGA并且编写控制它们工作方式的数字逻辑程序,仞步构建了一套紫外成像装置。在室温的条件下,15ms积分时间的系统的暗噪声为0.71LSB;经过实测和折算,在0.1个标准太阳常数下,信噪比可以达到87,与理论计算值89基本吻合。  2.在完成紫外相机电子学系统的设计并完成成像装置的初步组装之后,进行实验室测试和初步的紫外外景成像试验,成像结果图像清晰、层次丰富、细节可辨,测试结果初步验证了CMOS图像传感器搭配紫外滤光片构建紫外成像装置的设计方案的可行性。
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