本文關(guān)鍵詞：基于GigE接口的輕小型相機(jī)研究

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【摘要】：隨著無人機(jī)平臺的飛速發(fā)展,無人機(jī)遙感技術(shù)已從研究階段過渡到實用化階段,短短幾十年,從最初的戰(zhàn)場偵察、早期預(yù)警等軍事應(yīng)用擴(kuò)展到資源探測、氣象觀測及處理突發(fā)事件等諸多領(lǐng)域。光電載荷作為無人機(jī)遙感的核心設(shè)備,其發(fā)展方向主要為輕小型、低功耗、高分辨率以及高光譜等。本文針對無人機(jī)遙感的應(yīng)用背景,設(shè)計了一套基于GigE接口的輕小型可見光相機(jī)電路系統(tǒng),并從自動曝光控制、成像系統(tǒng)的動態(tài)范圍及響應(yīng)線性度等方面展開深入研究。論文的主要研究工作有:(1)介紹了無人機(jī)遙感技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢。從輕小型電路角度出發(fā),針對圖像傳感器選擇、處理器選擇、數(shù)傳電路以及電路板結(jié)構(gòu)這四個方面進(jìn)行綜合設(shè)計。(2)完成相機(jī)電路的硬件設(shè)計(原理圖設(shè)計與PCB繪制),包括LUPA1300-2驅(qū)動電路、GigE接口電路以及電源電路,研究內(nèi)容主要有高速數(shù)字電路、信號電源完整性和低功耗電源電路等。(3)完成相機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計,采用Verilog HDL實現(xiàn)FPGA邏輯驅(qū)動、通信連接以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?采用VC++編寫基于WinPcap技術(shù)的數(shù)據(jù)采集軟件,實現(xiàn)對相機(jī)的顯控功能。(4)闡述了相機(jī)自動曝光控制的原理,提出了基于亮度直方圖的自動曝光控制方法,并在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)實時控制。(5)分析對比CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù),采用多斜率積分線性恢復(fù)技術(shù)提高CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍及響應(yīng)線性度,并在LUPA1300-2成像系統(tǒng)中驗證了該方法的有效性。(6)總結(jié)論文的研究成果及不足之處,并提出進(jìn)一步研究工作。
【關(guān)鍵詞】：CMOS圖像傳感器 GigE接口 自動曝光控制 高動態(tài)范圍
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V245.6
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 無人機(jī)遙感發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢11-16
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 無人機(jī)遙感發(fā)展趨勢14-16
• 1.3 總體方案設(shè)計及指標(biāo)16-20
• 1.3.1 輕小型相機(jī)電路設(shè)計分析16-18
• 1.3.2 實現(xiàn)指標(biāo)及論文章節(jié)安排18-20
• 2 CMOS圖像傳感器驅(qū)動電路設(shè)計20-32
• 2.1 CMOS圖像傳感器模塊20-26
• 2.1.1 圖像傳感器性能20-24
• 2.1.2 圖像傳感器讀出時序24-26
• 2.2 FPGA邏輯驅(qū)動模塊26-30
• 2.2.1 傳感器驅(qū)動27-28
• 2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸28-30
• 2.3 電源電路模塊30-32
• 3 GigE傳輸電路設(shè)計32-43
• 3.1 工業(yè)相機(jī)接口介紹32-33
• 3.2 GigE接口設(shè)計33-39
• 3.2.1 接口設(shè)計方案33-35
• 3.2.2 物理層實現(xiàn)35-36
• 3.2.3 數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)36-39
• 3.3 GigE Vision標(biāo)準(zhǔn)39-43
• 3.3.1 GigE Vision介紹39-40
• 3.3.2 GigE Vision協(xié)議設(shè)置40-43
• 4 圖像顯控軟件設(shè)計43-49
• 4.1 Winpcap技術(shù)介紹43
• 4.2 基于Winpcap編程設(shè)計43-47
• 4.2.1 網(wǎng)絡(luò)接口模塊44-45
• 4.2.2 接收模塊45-46
• 4.2.3 發(fā)送模塊46-47
• 4.3 多相機(jī)顯控軟件設(shè)計47-49
• 5 自動曝光控制技術(shù)49-59
• 5.1 自動曝光控制原理49-52
• 5.1.1 自動曝光實現(xiàn)方式49-50
• 5.1.2 自動曝光的標(biāo)準(zhǔn)50-51
• 5.1.3 基于亮度直方圖的自動曝光控制51-52
• 5.2 自動曝光控制實現(xiàn)52-57
• 5.2.1 直方圖累加53-55
• 5.2.2 調(diào)整動態(tài)范圍55-56
• 5.2.3 計算感興趣區(qū)域像素均值56
• 5.2.4 調(diào)整積分時間56-57
• 5.3 成像結(jié)果57-59
• 6 多斜率積分線性恢復(fù)技術(shù)59-72
• 6.1 CMOS圖像傳感器動態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)59-62
• 6.1.1 對數(shù)響應(yīng)技術(shù)59-60
• 6.1.2 電荷泵升壓技術(shù)60-61
• 6.1.3 自動增益控制技術(shù)61-62
• 6.1.4 多次曝光融合技術(shù)62
• 6.2.多斜率積分線性恢復(fù)技術(shù)62-66
• 6.2.1 動態(tài)范圍及響應(yīng)線性度的衡量62-63
• 6.2.2 多斜率積分線性恢復(fù)技術(shù)原理63-66
• 6.3 實驗測試分析66-72
• 6.3.1 單像元響應(yīng)對比66-68
• 6.3.2 m取值對動態(tài)范圍及響應(yīng)線性度的影響68-70
• 6.3.3 成像對比70-72
• 7 總結(jié)與展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果77

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本文編號：696189