一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置制造方法及图纸

一种ZYNQ处理器下的线阵CCD图像采集装置，包括线阵CCD传感器模块、放大模块、A/D转换模块、ZYNQ处理器控制模块、DDR3数据缓存模块、千兆网口模块、Camera Link模块、同步触发模块以及电源模块。本发明专利技术能够满足在OCT成像的快速和高分辨率的需求。

A linear array CCD image acquisition device based on ZYNQ

A ZYNQ processor under the linear array CCD image acquisition device includes linear CCD sensor module, amplifier module, A/D conversion module, ZYNQ control module, DDR3 processor data cache module, Gigabit Ethernet module, Camera module, Link synchronous trigger module and power supply module. The invention can meet the requirement of fast and high resolution in OCT imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置
本专利技术涉及图像采集领域，尤其是实现一种ZYNQ处理器下的线阵CCD采集装置，采集OCT图像。
技术介绍
光学相干层析成像技术(OpticalCoherenceTomography，OCT)是一种非侵入、非接触和无损伤的光学成像技术，它将低相干干涉仪与共焦扫描显微术结合在一起，利用高灵敏度的外差探测技术，能够对生物组织或其他散射介质内部的微观结构进行高分辨率的横断面层析成像。OCT技术是建立在光学低相干反射仪的基础上，这种光学测试技术最初主要被用来检测光线和集成波导器件，后来有人发现也可以用它来检测生物组织，例如用来测量角膜厚度和眼轴长度。光学相干层析成像之后，需要CCD图像传感器采集图像信息。当前嵌入式设计发展迅猛，单个处理器、单个ASIC或者单纯的FPGA方案，甚至这些方案的组合也都无法满足设计的需求。关于CCD信号采集电路的设计一般使用CPLD，FPGA等来驱动CCD，然后再接信号处理与传输电路。传统技术存在的技术缺陷，集成化程度较低，系统占用空间较大。
技术实现思路
为了克服现有的线阵CCD图像采集装置的集成化程度较低，系统占用空间较大的不足，随着OCT应用上数据精度和快速性要求的提高，为了能够满足在OCT成像的快速和高分辨率的需求，本专利技术选用高分辨率线阵CCD传感器，包括相应CCD驱动电路将OCT光学的信号转变为电信号，A/D电路将模拟电信号转变为可以存储计算的数字信号，DDR的数据缓存实现电路，千兆网口的通讯实现电路，CameraLink高速数据传输电路，基于这样的思路，我们提一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种ZYNQ处理器下的线阵CCD图像采集装置，包括线阵CCD传感器模块、放大模块、A/D转换模块、ZYNQ处理器控制模块、DDR3数据缓存模块、千兆网口模块、CameraLink模块、同步触发模块以及电源模块。进一步，所述的线阵CCD传感器模块和ZYNQ处理器控制模块连接，线阵CCD传感器模块由线阵CCD传感器和CCD驱动电路组成。在ZYNQ处理器控制模块提供的驱动时序下，CCD驱动电路完成特定的电平转换功能，将ZYNQ处理器输出的TTL电平信号转换为其他特定电平信号；CCD传感器接收特定电平的驱动信号进而完成光信号到电信号的转换，输出模拟信号。更进一步，所述的放大模块与线阵CCD传感器模块连接，放大模块使用隔直电容和电流反馈型运放对模拟信号进行交流耦合、去噪声、不失真放大，提高模拟信号质量。再进一步，所述A/D转换模块同时与ZYNQ处理器控制模块和放大模块连接，在ZYNQ处理器控制模块提供的时序驱动下对放大模块处理后的模拟信号进行高速模数转换，A/D转换模块将得到的原始数字信号传送给ZYNQ处理器控制模块。A/D转换模块具用40MSPS处理速度，12bits精度、CDS相关双采样功能，满足绝大数图像传感器的速度与精度要求。所述DDR3数据缓存模块与ZYNQ处理器控制模块连接，由两片512MBDDR芯片组成，形成32位数据总线宽度，总容量1GB，完成高速数据缓存。所述千兆网口模块与ZYNQ处理器控制模块连接，ZYNQ处理器控制模块将数据从DDR3数据缓存模块通过千兆网口模块搬至与PC机。此过程需要超5类以上的双绞线，进行数据传输，适用于一般应用场景图像数据的发送。所述CameraLink模块与ZYNQ处理器控制模块连接，实现CameraLinkBase模式数据传输，ZYNQ处理器控制模块将数据从DDR3数据缓存模块通过CameraLink模块搬运至PC。此过程需要SDR或MDR接口形式的CameraLink屏蔽双绞线，使用较大数据量的图像数据发送。所述同步触发模块与ZYNQ处理器控制模块连接，同步触发模块接收外部触发信号，将同步触发时钟发送至ZYNQ处理器控制模块，其他模块依据同步触发信号进行同步采集，所述同步触发模块兼容TTL和COMS电平输入。所述电源模块支持12V直流电源输入，为系统各模块提供稳定的工作电压。通过DC/DC产生5V电压和3.3V电压，进而通过5V由电源芯片产生各模块需要的12.5V、14V、2V、1.2V、1V、1.8V、-5V、-2V电压。在该基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置中，所述的线阵CCD传感器采用TeledyneDALSA公司的IL-P3-B型线阵CCD，相应的CCD驱动电路采用IDT49FCT805、ISL5510、EL7156型芯片实现电平转换功能；所述的ZYNQ处理器控制模块使用XC7Z020系列型号；所述的A/D转换模块采用AD9945型号的前端模拟采集芯片；所述的放大模块采用MAX4224型号电流反馈型运放；所述的DDR3数据缓存模块使用MT41K256M16HA型号，两片组成32位数据宽度，容量8Gb；所述的千兆网口模块使用88e1518型号，10M/100M/1000M自适应；所述的CameraLink高速传输模块使用DS90CR287、DS90LV048、DS90LV019三种LVDS转换芯片，实现2.0Gb/s数据传输速率。所述同步触发模块使用ISO7240型号，实现外部触发信号隔离输入。在该基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置中，所述的ZYNQ处理器控制模块实现各模块时序驱动与控制，产生CCD驱动时序，控制A/D的采样时序，与DDR3交互数据缓存，产生千兆网口接口时序，产生CameraLink接口时序，接收同步触发信号。本专利技术中，为了满足下一代应用处理的需求，Xilinx定义了ZYNQ-7000系列产品，为此我们提出了一种基于ZYNQ的线阵CCD数据采集装置及其电路。ZYNQ处理器包括ARMCortex-A9MPCore(ProcessingSystem，PS)和28nm低功耗高性能FPGA(ProgrammableLogic，PL)，是首款将高性能ARMCortex-A9硬核与可编程逻辑紧密集成到一起的器件。为此我们将ZYNQ处理器用在OCT成像上，实现高速高分辨率图像采集，结合OCT光学部分之后，可以用在医疗诊断、生物特征提取与匹配。本专利技术的有意效果是：针对OCT图像采集的快速发展，为满足高分辨率、快速性的需求，公开了一种基于ZYNQ处理器的线阵CCD采集装置。1)原始数据精度高线阵CCD传感器采用TeledyneDALSA公司的IL-P3-B型线阵CCD，2048个像素点，像素尺寸14μmx14μm，也就是可以将一条光谱线用2048个点来描绘。又因为我们使用12位A/D来采集，所以每个像素点由12位二进制数来表示。并且IL-P3-B型线阵CCD具有抗光晕与曝光控制功能，使得原始数据有更好的表现。2)采集速度快我们采用的线阵CCD和A/D模块的速率均可达40MHZ，配合DDR3可以将我们的数据快速缓存。3)集成度高所采用的芯片都为高集成度芯片，PCB面积小，10X10CM以内可以实现采集电路设计。4)数据发送支持两种模式，适用性广方案中支持千兆网口和CameraLink两种传输模式，在一般应用场景，千兆网口的适用性比较强，大多PC机都支持；在医疗等领域实时性要求更强的场景中可以使用CameraLink传输，满足更低延迟。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZYNQ处理器下的线阵CCD图像采集装置，其特征在于，包括线阵CCD传感器模块、放大模块、A/D转换模块、ZYNQ处理器控制模块、DDR3数据缓存模块、千兆网口模块、Camera Link模块、同步触发模块以及电源模块。

【技术特征摘要】
1.一种ZYNQ处理器下的线阵CCD图像采集装置，其特征在于，包括线阵CCD传感器模块、放大模块、A/D转换模块、ZYNQ处理器控制模块、DDR3数据缓存模块、千兆网口模块、CameraLink模块、同步触发模块以及电源模块。2.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置，其特征在于：所述的线阵CCD传感器模块和ZYNQ处理器控制模块连接，线阵CCD传感器模块由线阵CCD传感器和CCD驱动电路组成。在ZYNQ处理器控制模块提供的驱动时序下，CCD驱动电路完成特定的电平转换功能，将ZYNQ处理器输出的TTL电平信号转换为其他特定电平信号；CCD传感器接收特定电平的驱动信号进而完成光信号到电信号的转换，输出模拟信号。3.如权利要求1或2所述的一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置，其特征在于：所述的放大模块与线阵CCD传感器模块连接，放大模块使用隔直电容和电流反馈型运放对模拟信号进行交流耦合、去噪声、不失真放大，提高模拟信号质量。4.如权利要求1或2所述的一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置，其特征在于：所述A/D转换模块同时与ZYNQ处理器控制模块和放大模块连接，在ZYNQ处理器控制模块提供的时序驱动下对放大模块处理后的模拟信号进行高速模数转换，A/D转换模块将得到的原始数字信号传送给ZYNQ处理器控制模块。A/D转换模块具用40MSPS处理速度，12bits精度、CDS相关双采样功能，满足绝大数图像传感器的速度与精度要求。5.如权利要求1或2所述的一种基于ZYNQ的线阵CCD图像采集装置，其特征在于：所述DDR3数据缓存模块与ZYNQ处理器控制模块连接，由两片512MBDDR芯片组成，形成32位数据总线宽度，总容量1GB，完成高速数据缓存。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朋，沈杰，党源杰，王海霞，余黎磊，梁荣华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33