基于FPGA和USB的面阵CCD图像采集系统设计

2018-08-21杨勇奇王典洪徐朝玉倪效勇罗林波

现代电子技术 2018年16期

杨勇奇王典洪徐朝玉倪效勇罗林波

摘要：设计一种以Sony面阵CCD器件ICX618为传感器的实时图像采集系统。该系统采用FPGA作为控制核心，由AD9945芯片对CCD的输出信号进行相关双采样处理和A/D转换，经USB接口完成数据的高速传输，最后由上位机对数据进行处理和显示。实验表明，设计的CCD图像采集系统在40 f/s的帧频下工作稳定，系统性能好、成本低、可靠性高，具有较好的实用价值，能够为其他型号CCD的應用提供参考。

关键词：图像采集；面阵CCD； FPGA； USB；传感器；数据高速传输

中图分类号： TN386.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）16?0022?04

Abstract： A real?time image acquisition system with the area array CCD ICX618 made by Sony as the sensor is designed. In the system with FPGA as the control core， the AD9945 chip is used to perform the related double sampling processing and A/D conversion for output signals of the CCD. The USB interface is used to complete high?speed data transmission， and data is processed and displayed on the upper computer. The experimental results show that the designed CCD image acquisition system can work stably at the frame frequency of 40 f/s， has good performance， low cost， high reliability， and good practical value， and can provide a reference for the application of other types of CCDs.

Keywords： image acquisition； area array CCD； FPGA； USB； sensor； high?speed data transmission

0 引言

CCD是一种能将光信号转变为电信号的探测器件，鉴于其体积小、功耗低、动态范围大、响应速度快等优点，在图像传感和图像检测领域得到广泛应用[1]。在X射线衍射仪（X?Ray Diffraction，XRD）中，利用面阵CCD替代测角仪是实现仪器便携式应用的关键技术[2]，但应用于X射线波段的科研级大面阵CCD价格十分昂贵，单片价格达到数万元，而且其内部工艺复杂，对控制电路要求极其严格，容易因为控制不当造成损坏[3]。采用工业级的CCD搭建一个图像采集系统，为科研级面阵CCD的应用提供一个前期验证的参考模型是非常必要的。本文设计了一套实时图像采集系统，采用FPGA为系统控制核心，以CCD为图像传感器，经AD9945实现高速A/D转换，通过USB接口连接FPGA和计算机完成数据和命令的传输，最后在上位机程序中实时显示采集的图像数据。