SCMOS高速成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高速成像系統(tǒng)可以將高速變化過程用圖片的形式記錄起來，是研究瞬間變化現(xiàn)象的一種必不可少的工具，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和軍事等領(lǐng)域。傳統(tǒng)高速成像系統(tǒng)一般采用傳統(tǒng) CMOS圖像傳感器為感光器件，由于受芯片工藝的制約，此類成像系統(tǒng)無法在速度、分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、讀出噪聲等方面均具有很好的效果。而新出現(xiàn)的SCMOS（Scientific CMOS）傳感器采用全新的工藝，在這些方面均具有很好的性能，為高速成像系統(tǒng)的發(fā)展增添了新的活力。
　　近年來

2、世界各國在高速成像系統(tǒng)領(lǐng)域投入大量精力并取得了良好效果，積極開展高速成像系統(tǒng)的自主研制對國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重大意義。本設(shè)計(jì)正是基于SCMOS傳感器對高速成像系統(tǒng)做的一個(gè)研究和嘗試，為后期其它相關(guān)研究提供一定的基礎(chǔ)。本文主要工作包含以下幾個(gè)方面：
　?、俦疚膶ο到y(tǒng)總體方案進(jìn)行了制定，通過對采集、控制、緩存和傳輸?shù)瘸上裣到y(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的分析以及具體器件的選型，確立了SCMOS+FPGA+DDR3+PCI Express的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；

3、
　　②本文對系統(tǒng)硬件構(gòu)成進(jìn)行了分析，確定了基于FMC夾層板技術(shù)的載板加子板的硬件系統(tǒng)方案，其中載板則是包括Xilinx Kintex-7FPGA、DDR3SDRAM以及PCIE接口的成像控制與傳輸板，而子板專用于構(gòu)建SCMOS圖像采集電路；
　?、郾疚膶ο到y(tǒng)軟件架構(gòu)進(jìn)行了分析，軟件設(shè)計(jì)整體分為 FPGA硬件邏輯設(shè)計(jì)與上位機(jī)PC控制軟件設(shè)計(jì)，而FPGA邏輯設(shè)計(jì)分為三大功能模塊，即圖像采集模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊；

4、r>　　④本文對圖像預(yù)處理方法進(jìn)行了研究，提出了圖像預(yù)處理的融合算法，包括平場校正、Gamma校正、中值濾波以及混合對比度增強(qiáng)算法（SFL-CT與CLAHE），旨在為成像系統(tǒng)的輸出圖像進(jìn)行降噪與增強(qiáng)處理，以最終生成更適合研究人員或用戶觀察分析的圖像。
　　本文將高性能、超高速SCMOS傳感器應(yīng)用于高速成像系統(tǒng)中，滿足了成像系統(tǒng)諸多性能指標(biāo)的需求。通過引入高性能FPGA芯片、高速大容量DDR3緩存、第三代總線技術(shù)PCI Expres