具有光斑脱靶量实时计算功能的高速ＣＭＯＳ相机制造技术

本发明专利技术公开了一种具有光斑脱靶量实时计算功能的高速ＣＭＯＳ相机，包括有图像处理模块，图像处理模块电连有ＣＭＯＳ图像传感模块。本发明专利技术实现了图像高速采集与处理的一体化，简化了电路系统，减小了从采集图像到获得光斑位置信息所需设备的体积，提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电探测、信号处理和机械设计领域，具体为一种具有光斑脱靶量 实施计算功能的高速CMOS相机。
技术介绍
光电跟踪系统是一个包括光电探测、信号处理、控制系统及精密机械等几部分 组成的复杂设备，在航空、武器控制等各种军用和民用领域有着广泛的应用。随着目标 机动性能的增强和现代技术的发展，对光电跟踪系统的要求越来越高，尤其要求其响应 更快、稳定跟踪精度更高，这些特点对系统中图像处理单元的实时处理能力提出了更高 的要求。在光电跟踪装置中，传统的图像处理系统采用基于PC机的高速相机+图像采集 卡的结构，这类系统体积较大，图像处理过程要占用CPU的大量资源，只能够提供一般 的图像处理效果且速度较慢，而且系统性能的提升受图像采集卡的制约比较大。为此， 有人对这种传统的图像采集处理系统进行了改进，设计了基于CCD且具有光斑脱靶量实 时计算功能的高速智能相机，与原有的设备相比，这种方案减少了设备的数量，减小了 体积，提高了系统的稳定性。但是这种方案采用面阵CCD作为探测器，其驱动电路比较 复杂，单处理器往往不能满足系统需求，设计和调试难度也很大，不易实现。近年来，随着半导体技术的高速发展，CMOS图像传感器技术也获得了长足 的进步，传感器的噪声抑制能力和填充率均获得了大幅的提高，其成像质量也基本达到 了 CCD的水平，这为CMOS图像传感器在光电跟踪系统中的应用提供了可能。而且 CMOS图像传感器驱动电路设计比较简单，易于实现。鉴于这种现状，本专利技术研制了基 于CMOS图像传感器和Ti达芬奇系列高性能DSP的智能相机。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，以 解决CCD相机驱动电路复杂、设计调试难度大、单处理器不能满足要求的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征在于包括有图像处 理模块，所述图像处理模块上连接有CMOS图像传感模块，所述CMOS图像处理模块采 用CMOS图像传感芯片，所述图像处理模块采用图像处理芯片，所述图像处理模块外接 外扩存储器、程序存储器、监视器，图像处理模块还与外部主控机通讯连接。所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征在于所述 CMOS图像处理模块采用型号为MT9M001的CMOS图像传感芯片，所述图像处理模块采 用型号为TMS320DM6437的图像处理芯片，所述图像处理芯片内集成有数字视频前端、 数字视频后端、DDR2接口、EMIF接口、UART接口和I2C接口，所述图像处理芯片通 过数字视频前端、I2C接口与所述CMOS图像传感芯片电连接，图像处理芯片通过数字视3频后端与监视器连接，所述图像处理芯片通过DDR2接口、EMIF接口分别对应外接外扩 存储器、程序存储器，图像处理芯片还通过UART接口与外部主控机连接。所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征在于所述图 像处理芯片的UART接口包括RS232接口和RS485接口，所述图像处理芯片通过RS232 接口与外部主控机连接，图像处理芯片通过RS485送出数据。所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的CMOS相机，其特征在于所述图像处 理芯片和CMOS图像传感芯片无缝连接，其中CMOS图像传感芯片的SCLK、SDATA引 脚分别与图像处理芯片数字视频前端中作为I2C接口的SCL、SDA引脚一一对应连接， 所述CMOS图像传感芯片的DOUTO DOUT9引脚分别与所述图像处理芯片数字视频前 端中的YIO YI7引脚、CIO CIl引脚——对应连接，CMOS图像传感芯片的PIXCLK 引脚与图像处理芯片数字视频前端中的PCLK引脚连接，CMOS图像传感芯片的LINE_ VALID引脚、FRAME_VALID弓丨脚分别与图像处理芯片数字视频前端中的HD、VD引脚 一一对应连接。所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征在于所述图 像处理芯片引脚和CMOS图像传感芯片引脚之间通过连接器和接插件对应连接。所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的CMOS相机，其特征在于所述CMOS 图像传感芯片的VDD引脚、VAA、VAAPIX引脚分别接外部电源，RESET#引脚通过电 阻接外部电源，AGND、DGND引脚分别接地，STANDBY、TRIGGER、OE#引脚分别 通过电阻接地，所述CMOS图像传感芯片的SCLK、SDATA引脚还分别通过电阻接外部 电源，CMOS图像传感芯片的CLKIN引脚外接晶振电路。所述的具有光斑脱靶量实施计算功能的CMOS相机，其特征在于所述晶振电 路包括有源晶振，所述有源晶振一个引脚接地，另一个引脚分别通过电阻接5V电源、通 过上拉电阻接外部电源，有源晶振还有一个引脚通过电阻与所述CMOS图像传感芯片的 CLKIN引脚连接。本专利技术中，图像传感模块选用Micron公司的单色图像传感器MT9M001作为图 像传感元件。该芯片工作电压为3.3v，内部有26个控制寄存器，通过I2C接口 SCLK、 SDATA引脚合理设置这些寄存器，可以使芯片工作在不同的帧频和窗口大小。U4为 48MHz有源晶振，在它的激励下，图像传感芯片通过引脚FRAME_VALID、LINE_ VALID输出行场同步信号，通过DOUTO-DOUT9弓丨脚输出图像数据信号，这些信号通过 接插件U3与图像采集模块相连。图像采集模块利用了基于达芬奇技术的图像处理芯片TMS320DM6437内部的数 字视频前端(VPFE)，利用该模块可以使图像处理设备和图像采集设备实现无缝连接。根 据图像传感器输出的时序和数据格式，需要对数字视频前端内部为数众多的寄存器进行 合理的设置。一旦设置完毕，数据采集就按照要求有条不紊的进行，结果也以EDMA的 方式存储与系统外扩的DDR2SDRAM中，整个采集过程无需CPU干预。图像处理模块主要是在CCStudio v3.3软件开发平台上对DM6437进行编程，程 序烧写在程序存储器中，用来对图像进行滤波、二值化，最后利用形心算法得出光斑的 位置信息。为满足系统实时性的要求，该模块必须具有很快的运算速度，所以选用Ti公 司高性能DSP芯片TMS320DM6437作为处理器。这个芯片除了具有丰富的外部接口外，也具有较高的运算速度。它是美国德州仪器公司(Tl)推出的一款基于TI第三代高性能 的VLIW的面向数字多媒体应用的DSP，内核为C64x+。在600MHz的时钟频率下，芯 片的峰值处理能力高达4800MIPS，调试结果表明，该芯片能够满足需求。同图像采集模块一样，图像显示模块也是利用了 DM6437芯片内部集成的接口------数字视频后端(VPBE)。在外扩存储器DDR2SDRAM中开辟一块显示缓存，图像处理后放入显存中，根据显示需求合理设置数字视频后端控制寄存器，VPBE便能够 将显示缓存内的数据送入监视器进行显示。相机的通信模块包括3部分第一，RS232通信模块。计算机通过该模块和相 机进行通信，以控制相机的工作模式，设置相机工作状态所需的参数通过RS232 口发送 给DM6437，由DM 6437完成对图像传感器的配置。第二，I2C控制模块。DM6437通 过I2C总线本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有光斑脱靶量实时计算功能的高速ＣＭＯＳ相机，其特征在于：包括有图像处理模块，所述图像处理模块上面连接有ＣＭＯＳ图像传感模块，所述ＣＭＯＳ图像处理模块采用ＣＭＯＳ图像传感芯片，所述图像处理模块采用图像处理芯片，所述图像处理模块外接外扩存储器、程序存储器、监视器，图像处理模块还与外部主控机通讯连接。

【技术特征摘要】
1.具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征在于包括有图像处理 模块，所述图像处理模块上面连接有CMOS图像传感模块，所述CMOS图像处理模块采 用CMOS图像传感芯片，所述图像处理模块采用图像处理芯片，所述图像处理模块外接 外扩存储器、程序存储器、监视器，图像处理模块还与外部主控机通讯连接。2.根据权利要求1所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征在 于所述CMOS图像处理模块采用型号为MT9M001的CMOS图像传感芯片，所述图像 处理模块采用型号为TMS320DM6437的图像处理芯片，所述图像处理芯片内集成有数字 视频前端、数字视频后端、DDR2接口、EMIF接口、UART接口和I2C接口，所述图像 处理芯片通过数字视频前端、I2C接口与所述CMOS图像传感芯片电连接，图像处理芯片 通过数字视频后端与监视器连接，所述图像处理芯片通过DDR2接口、EMIF接口分别对 应外接外扩存储器、程序存储器，图像处理芯片还通过UART接口与外部主控机连接。3.根据权利要求2所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征 在于所述图像处理芯片的UART接口包括RS232接口和RS485接口，所述图像处理芯 片通过RS232接口与外部主控机连接，图像处理芯片通过送出数据。4.根据权利要求2所述的具有光斑脱靶量实时计算功能的高速CMOS相机，其特征 在于所述图像处理芯片和CMOS图像传感芯片无缝连接，其中CMOS图像传感芯片的 SCLK、SDATA引脚分...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦来安，侯再红，吴毅，靖旭，谭逢富，何枫，张守川，姚佰栋，
申请(专利权)人：中国科学院安徽光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：34