吴峥，佟首峰，宋延嵩

（1.长春理工大学 光电工程学院，长春 130022；2.长春理工大学 空间光电技术研究所，长春 130022）

随着科学技术的发展，科学级相机在国内外科研工作以及工业生产中被广泛使用。近年来CMOS器件制造工艺不断进步，CMOS相机由于自身低成本、低功耗高集成度和高灵敏度等优势被轻小型、低能耗的图像处理系统所应用。由于进口相机价格昂贵，且有时很难满足一些特定要求，航空等部门产品国产化的需求日益紧迫[1-2]，因此需要研发一款具有高分辨率可开窗口的科学级相机。

本文以Gpixel公司的GMAX0505光电传感器为基础，FPGA为核心器件[3-6]，设计了相机系统的电路硬件，并编写FPGA程序，实现了整体相机系统的运行。

1 系统设计方案

本文设计的可开窗口大面阵的CMOS相机，使用的CMOS图像传感器为Gpixel公司生产的GMAX0505。此图像传感器光学尺寸为1.1英寸，具有5 376×5 184个可读取像素，有效像素为5 120×5 120个，像素尺寸为2.5 μm×2.5 μm。GMAX 0505是一款电荷域全局快门高速图像传感器，快门效率可达80 dB，时域噪声小于1.6 e-，其峰值量子效率高达70%。GMAX0505使用差分信号技术来输出读取的图像数据，有48个差分信号数据通道，一个控制通道和一个时钟通道。可以选择2～48个通道用于数据的传输，它支持以减少输出通道的数量读出完整图像，帧频会按照比例减少，每秒最高可以输出150帧图像。相机主要系统结构如图1所示。

图1 系统结构框图

系统主要工作流程为：上位机通过异步串口向FPGA发送所要进行的控制信息。FPGA在接收到上位机传来的信息后通过配置SPI使CMOS图像传感器按照配置参数进行光电转换和AD转换，转换结果为10 bit或者12 bit的图像数据，转换后的数字信号通过LVDS接口传递给FPGA。……