文档介绍：高帧频相机图像采集系统研究
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摘要
高帧频图像采集是研究高速瞬态现象发生机理和运动规律的一种直观地测试技术和
手段。以某型号炸点坐标测量经纬仪为应用背景,设计了一种高帧频图像采集系统。
论文介绍了高帧频图像采集系统的发展现状,根据功能需求把整个采集系统
设计划分为成像器设计、图像采集卡设计和软件设计三个部分。
成像器设计围绕綜枷翊ǜ衅鱈,设计了该图像传感器的
外围电路;基于设计了传感器的时序驱动,实现了图像传感器的数
字图像输出;根据传感器内部寄存器各个参数性能指标,通过与上位机串
行通信完成相机自动化参数设置,实现了图像传感器工作状态的可变配置。
图像采集卡设计主要包括接口、控制、芟呓涌谌龉δ苣
块。接口主要负责接收成像器传送的高速图像数据,并将其传输到内
部;控制模块主要负责完成对高速图像数据的缓存处理,并为整个图像采集卡提供
控制命令,协调各个功能模块问的工作;芟呓涌诓捎米ㄓ玫慕涌谛酒琍,通
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针对图像采集卡设计了驱动程序和上层应用程序,实现了图像数据的采集与显示。最
后运用两点校正和一点校币相结合的方法实现图像的非均匀性校正。
该高帧频图像采集系统具有位数据位宽,在分辨率为的情况下,图像成
像单元可产生最高。胧滞枷袷萘鳎枷癫杉ǹ纱锏帧/牟杉俾省
实验表明该高速图像采集系统具有结构简单、性能稳定可靠、实时性强、灵活性好等优点。
关键词:高帧频;图像传感器;现场可编程逻辑门阵列;芟
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论
高帧频图像采集系统是研究高速运动物体或瞬变流逝现象的最有效方法之一。它能把
视觉无法分辨的高速过程“冻结”在记录介质娲⑵鳌⒋排上,从而提供一系列与之耦
合的空间一时间信息。这样,就把高速过程的发生、发展和运动规律等清晰地展现在人们
的面8咚偻枷癫杉低吃诠懒煊虻玫搅斯惴旱赜τ茫乇鹗窃谖淦骷ㄊ匝橹惺
不可缺少的。
高帧频图像采集系统概述
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现代高帧频图像采集系统较传统光机式高速摄影机具有以下几方面的优点:
首先使用简单,能实时显示拍摄画面,能够将采集到图像存储起来,不需要购买胶片
和洗胶片用的化学药水,因而省去了以往使用耗材的订货、运输、储存和处理等工作⋯。
其次,高速图像采集系统无复杂精密的光补偿及机械传动机构,属于常压小电流驱动
方式,因而启动快,记录完善,测试成功率高。因为胶片摄影机需要胶片张紧的时间
启动时间拍艽锏缴瓒ǖ乃俣龋北徊馐录豢稍げ饣騃戏⑸保缱痈咚偕阆窬哂
明显优势。因为有些事件无法预测准确的发生时间,事前难以知道何时启动摄影机,另一
方面,电子高速摄像机可以由多种触发方式进行触发,或者系统循环记录采集图像直到有
触发才停式记录【巍
高速图像采集系统另一个明显的优点是同步,易实现图像采集系统与拍摄对象、图像
采集系统与图像采集系统间的同步。多个高帧频图像采集系统可以从不同的角度记录事件
的发生过程,图像采集系统可同时触发,或按一定的时序进行触发。关键是当这些图像采
集系统被同时触发时,获得的数据为严格的同一瞬间的信息,如此高精度的同步拍摄在胶
片高速摄影系统中是不可能实现。
高帧频图像采集系统最突出的优点就是能够立即将刚拍摄的图像进行保存回放,方便
工程人员对图像数据进行分析进而判断是否需要进行下一个实验【俊2捎酶咚偻枷癫杉
统代替高速摄影,大量的实验间隔时问以及实验设备的拆装时認都可以省去。
. 传感器在高帧频图像采集系统中的应用
自从上世纪年代木期,美国贝尔实验室提出固念成像器件概念后,固体图像传感
器便得到了迅速发展,成为传感技术中的一个重要分支,它是机多媒体不可缺少的外
设,也是监控中的核心器件。互补会属氧化物半导体图像传感器与电荷耦合器
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传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够,因而没有得到重视和发
再次成为研究的热剧。展。而枷翊ǜ衅饕蛭S泄庹樟槊舳雀摺⒃胍舻汀⑾袼匦〉扔诺阋恢敝髟鬃磐枷翊点,现在都可以找到办法克服,而且它固有的优点更是骷薹ū饶獾模蚨有高度系统整合的条件,因而具有集成度高、体积小、重量轻、功耗低、兼容性好的特点;其次,枷翊ǜ衅髦圃煨枰L厥夤ひ眨褂米ㄓ蒙鞒蹋杀靖撸鳦枷荷,导致亮光弥散,在图像上产生不需要的条纹,而在枷翊ǜ衅髦泄馓