CCD相機的高速數據採集系統設計

CCD相機的高速數據採集系統設計
CCD（電荷藕合元件）中文名為“電荷耦合器件”，是一種以電荷包的形式存儲和傳遞信息的半導體表面器件。由於 CCD的相機的靈敏度高，噪聲低，動態範圍大等突出優點，使它在天文物理學，航空航天，生物和醫學研究中，x射線成像，水下攝影，分子動力學，光譜學等科學研究領域得到廣泛的應用。目前，國內成套的中高端的CCD相機大都採用圖像採集卡作為數據的傳輸方式，sony數位相機對電腦要求高，維護不便，嚴重阻礙了的CCD相機的發展。為此本文設計了基於的USB的熱插拔，高數據傳輸率的的CCD相機的數據採集系統。
1的CCD相機數據採集總體方案
完整的的CCD相機系統比較複雜，一個完整的的CCD相機系統包括製冷電路，CCD的芯片，信號調理電路，時序驅動和控制電路，的USB數據採集傳輸模塊等[1]。陣 CCD相機數據採集總體方案如圖 1所示。本相機用獨立製冷電路（具有測溫和反饋控制功能）給的CCD芯片製冷，這部分電路與採集電路不發生關係，為了不產生影響，兩部分電路獨立，不共地。
的A / D轉換及控制時序
CCD的輸出信號的模數轉換電路設計需要全盤考慮。特別是轉換器的分辨率（轉換輸出位數）和採樣與轉換速度，這是影響整個系統的主要指標。同時受到的CCD讀出信號，信號噪聲大小，計算機圖像處理的複雜程度等的影響和制約，而性能太高的轉換器由於受到其他因素的制約而發揮不了應有的作用，所以選擇合適的的A / D轉換器是設計轉換電路的關鍵。在CCD的採用製冷措施後，熱噪聲變的很小，通過信號調理電路可以減小復位噪聲，為了發揮製冷 CCD的高信噪比的優勢，應使用高分辨率的A / D轉換轉換器。綜合考慮射線圖像的信噪比，電路噪聲以及成本等因素，sony數位相機並參照其他的CCD相機的情況，
CCD的讀出的信號經過預處理電路後，由LTC1608進行模數轉換和A / D轉換的啟動信號 CON0由計算機通過控制電路產生，選通2個 8位鎖存器74LS374，在控制電路的作用下，把上次鎖存的16位數據傳輸給存儲器 IDT7204。的A / D轉換結束後自動進行下次採樣並輸出的BUSY信號，利用的BUSY信號把本次的轉換結果存儲在2片鎖存器中，再由下次的控制信號 CON1讀入IDT7204中。
2軟件開發
的USB外設所必須的驅動程序，公司提供的CY7C64613的開發包。驅動程序在賽普拉斯提供的通用驅動程序CYUSB.SYS的基礎上，通過調用主機控制函數庫 CyAPI 。庫中的函數開發的USB設備。固件設計可以用提供的固件封裝包來實現，封裝包裡含fw.c，periph.c，lp.h，lpregs.h等文件，實現的EZ - USB芯片的初始化，的USB標準設備請求的處理和的USB掛起電源管理等服務。
上位機應用軟件的工作流程如圖 8所示。該應用軟件可以控制相機的曝光時間，對採集的圖像進行刷新，重採樣，對圖像的灰度，對比度拉伸和圖像降噪（濾波）等操作，並可以對圖像進行多種格式的打開和存盤。
的CCD相機數據採集系統的設計完成了從總體方案設計到軟，硬件調試等一系列過程，採用的EZ - USB控制器實現了系統的即插即用，應用 GPIF工作模式滿足了CCD的高速數據採集時數據傳輸帶寬的要求。經初步測試，其性能和指標達到了預期的要求，為以後的CCD相機的研製奠定了堅實的基礎。