[發(fā)明專利]高幀頻高分辨率CMOS成像系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910021207.6
• 申請日: 2009-02-20
• 公開（公告）號: CN101540825A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊少華;李斌康;郭明安;夏驚濤;陳彥麗;孫鳳榮
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15;G06T1/00
• 代理公司: 中國科學(xué)院西安專利中心
• 代理人: 任 越

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高幀頻高分辨率成像系統(tǒng)，尤其涉及一種具有圖像存儲 功能的高分辨率高幀頻成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高幀頻成像系統(tǒng)可以很好反映出研究對象的細(xì)節(jié)運動過程，從而獲得一 些有價值的信息，在碰撞試驗研究、等離子體物理研究、爆炸現(xiàn)象研究、戰(zhàn) 場偵查等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。要獲得高速影像，一般采用兩種途徑，一種是通 過精確同步控制技術(shù)，拍攝感興趣時間發(fā)生時刻的單幀圖像。另一種是在連 續(xù)的膠片或底片上，以非常高的速度進(jìn)行曝光，記錄時間發(fā)生的全過程。利 用膠片作為記錄介質(zhì)的方式就是高速攝影方式。除少數(shù)對于空間分辨率要求 極高的應(yīng)用外，目前發(fā)展的CCD(Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件)、 CMOS(Complementary?Metal-Oxide-Semiconductor，互補(bǔ)型金屬氧化物)數(shù) 字式圖像采集技術(shù)已經(jīng)成為主流來代替膠片進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的獲取。

目前，攝像機(jī)的關(guān)鍵光學(xué)器件有CCD與CMOS兩種，高分辨率的以CMOS 為主流，高靈敏度的以CCD為主流。CCD器件比CMOS器件的量子效率高，并 比CMOS器件更容易做到100％填充，因而CCD具有更高的靈敏度，但CCD在 電荷輸出時都需要經(jīng)過一個“放大器”或幾個“放大器”(單端口輸出與多端 口輸出)，大大制約了其工作速度，影響幀頻的提高。CMOS器件的每個成像 單元都有自己的轉(zhuǎn)換輸出電路，直接輸出數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)，可以極大的提高 數(shù)據(jù)輸出速度并簡化視頻處理電路，適于高分辨率高幀頻成像系統(tǒng)的應(yīng)用。

高幀頻成像系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)存儲與采集一直是設(shè)計的技術(shù)瓶頸。對于 500幀以上的高速成像系統(tǒng)，它要求在2ms以內(nèi)處理一整幀的圖像數(shù)據(jù)，在 分辨率大于1000×1000時，其數(shù)據(jù)量超過5Gbps，實時處理難度很大，需 要采用其它方法。目前市場上的高幀頻攝像機(jī)的圖像數(shù)據(jù)采集一般是先采用 高速海量數(shù)據(jù)緩存單元對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，而后通過計算機(jī)慢速采集，最 后進(jìn)行處理顯示的方法完成的，這種方法原理簡單，雖不能實時處理高幀頻 圖像，對于高分辨率高速成像系統(tǒng)是唯一可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有高幀頻攝像機(jī)的分辨率不高且海量數(shù)據(jù)無法實時處理的問 題，本發(fā)明利用高分辨率CMOS圖像傳感器建立高幀頻成像系統(tǒng)，利用高速 圖像存儲單元實時存儲高幀頻高分辨率圖像數(shù)據(jù)，從而提供一種具有全分 辨、幀頻達(dá)到500幀/秒的高幀頻高分辨率CMOS成像系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種高幀頻高分辨率CMOS成像系統(tǒng)，包括鏡頭、CMOS攝像機(jī)和計算機(jī)， 其特點在于：所述CMOS攝像機(jī)包括高速CMOS傳感器芯片、緩沖與電源單元、 CPLD控制單元、地址與數(shù)據(jù)總線單元、高速存儲單元，所述CPLD控制單元 產(chǎn)生驅(qū)動時序用于驅(qū)動高速CMOS傳感器芯片，所述CPLD控制單元產(chǎn)生同步 控制信號用于控制緩沖與電源單元和地址與數(shù)據(jù)總線單元的數(shù)據(jù)傳輸，所述 CPLD控制單元用于控制高速存儲單元的存儲陣列數(shù)據(jù)端口狀態(tài)；所述高速 CMOS傳感器芯片產(chǎn)生的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)送入緩沖與電源單元，所述緩沖與電 源單元用于將緩沖后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)送入地址與數(shù)據(jù)總線單元，所述地址與 數(shù)據(jù)總線單元用于將緩沖與電源單元送來的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁咚俅鎯? 單元；所述緩沖與電源單元用于將220V交流電源變?yōu)?V直流電源后向高速 CMOS傳感器芯片供電；所述地址與數(shù)據(jù)總線單元包括地址總線和數(shù)據(jù)總線， 所述地址總線用于對高速存儲單元進(jìn)行尋址從而進(jìn)行讀寫的操作，所述數(shù)據(jù) 總線用于連接計算機(jī)和CMOS攝像機(jī)以及傳輸數(shù)字圖像數(shù)據(jù)和同步控制信 號；所述高速存儲單元用于CMOS成像單元輸出數(shù)據(jù)的高速存儲，其寫時序 由控制單元產(chǎn)生，其讀時序由計算機(jī)軟件進(jìn)行配置產(chǎn)生。

上述高速CMOS傳感器芯片可采用高速CMOS傳感器器件PB-MV13；CPLD 控制單元為CPLD器件XC95144XL；高速存儲單元為SRAM器件61LV12816-15 存儲陣列；緩沖單元為74LVTH16244芯片。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點：

1、本發(fā)明通過采用高速高分辨率CMOS芯片實現(xiàn)了高幀頻CMOS攝像機(jī) 的高分辨率，分辨率為1280×1024，解決了高幀頻攝像機(jī)分辨率較低的難 題，使高分辨率高速圖像診斷成為可能。