一種基于單片機的可控成像系統設計

摘要：基于彩色面陣CCD傳感器設計的高速實(shí)時(shí)圖像采集系統，以信號處理芯片CXD3172AR為核心，可實(shí)現輸出標準PAL／NTSC格式的視頻信號，具有自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光、缺陷補償等功能，并構建優(yōu)化的模擬前端電路(包括相關(guān)雙采樣和自動(dòng)增益控制)大幅度提高了采集數據的信噪比。根據DSP芯片具有參數化控制的特點(diǎn)，通過(guò)單片機實(shí)現與DSP的特殊通訊傳輸協(xié)議來(lái)配置DSP參數，并使用外部開(kāi)關(guān)控制完成各種信號處理功能。通過(guò)仿真調試，該電路很好地實(shí)現了圖像采集和控制功能。
關(guān)鍵詞：單片機；CCD；可控化；圖像采集

0 引言
光學(xué)成像系統是將光學(xué)信息轉化為人們更易處理的電子信息的重要工具，特別對于智能監控、醫學(xué)診斷及消費電子領(lǐng)域，其重要性就更大。隨著(zhù)成像系統功能的復雜化，攝像機的便攜易控性成了設計中需考慮的重要要素。自從1969年Willard S．Boyle和George E．Smith發(fā)明電荷耦合器(CCD)以來(lái)，它一直就是光學(xué)成像系統的首選傳感器。相對于目前發(fā)展快速CMOS圖像傳感器，它仍然具備噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍高的優(yōu)點(diǎn)。而CCD的模擬前端決定了采集信號的質(zhì)量，對整個(gè)系統信噪比有著(zhù)決定性的影響，因此對它的噪聲抑制是設計中的重點(diǎn)。完成各種圖像處理功能的模塊是成像系統的核心，針對低照度視頻信號成像的設計要求，采用專(zhuān)業(yè)信號處理芯片進(jìn)行各種處理，通過(guò)單片機(MCU)對信號處理芯片(DSP)進(jìn)行參數配置，以完成各種復雜運算功能的控制，簡(jiǎn)化了系統的邏輯設計，使其具有良好的可控性。

1 系統組成
該系統由CCD、模擬前端AFE(包括相關(guān)雙采樣CDS和自動(dòng)增益控制AGC)、信號處理模塊、微處理器模塊以及模擬數字輸出模塊等組成。系統框圖如圖1所示。

圖中CCD傳感器是整個(gè)系統的基礎，外部光學(xué)信號通過(guò)光電轉換才能進(jìn)行各種處理。傳感器輸出模擬信號將經(jīng)前端放大，以差分輸入的方式進(jìn)入AFE，然后通過(guò)一系列模擬信號的降噪放大處理(CDS，AGC)，進(jìn)入信號處理模塊進(jìn)行各種運算處理。信號處理模塊是連接CCD輸出和后端通用設備的橋梁，專(zhuān)業(yè)信號處理芯片提供了大量視頻處理運算功能和多種視頻輸出格式，為后續處理帶來(lái)了方便。通過(guò)DSP的各種處理，得到設計要求的色度、亮度和飽和度圖像，最后輸出與終端格式兼容的模擬或者數字信號。模擬輸出可以直接與監視器相連，數字輸出可以通過(guò)FPGA，ASIC等器件與VGA，DVI接口顯示器相連。