高速CCD相机图像卡接口电路的设计

    CCD成像系统与计算机联用的数据采集存在着高速CCD视频速率与计算机速度不匹配的问题.由于CCD输出的图像数据是高速大量和连续的,一般的微型计算机都很难使这些数据不经过存储器缓冲直接得到实时处理.因此CCD图像信号的存储器的选择以及存储器的组织方式可以直接影响整个CCD数字成像系统的性能.

    目前,按照对CCD视频信号数据采集的速率可以将数据采集分为3种类型,第1种是适用静态图像信号慢速数据采集系统,其数据采集速率几十千赫.第2种是采用DMA方式传送的高速数据采集系统,其数据采集速率可达数百千赫.第3类是采用祯存储方式的最高速的数据采集系统,其数据采集速率可达几兆赫兹[1].

    在一些特殊要求的场合,需要多片CCD器件并行工作,以提高CCD相机对景物的扫描宽度,这就需要解决多通道CCD相机的图像数据实时存储问题.本系统采用实时采集及快速传送的CCD数据采集系统,采集速率达10 MHz.CCD的数据采集和图像显示由图像卡完成.图像卡的工作原理是:带有图像空间坐标信息的CCD视频信号经放大滤波处理后,进入APD转换器(8 bit)模拟信号被数字化后,由时序控制电路的控制下,进入祯存储器,祯存储器映射为微机内存的一部分,微机通过访问这些内存来处理被测图像.

    本文主要完成多通道CCD相机的图像卡接口电路的设计,在系统中采用的CCD相机为5片IL-E2 TDI CCD(时间延迟积分型CCD)并行工作,单片CCD像元数2 048,输出通道5个,每个通道的数据速率10 MHz.

    1 图像卡硬件接口电路的设计

    本系统采用的是加拿大Coreco公司的Viper-Digital高速图像卡,功能图如图1所示,一个用于与多种数字相机连接的数字相机接口电路板,可连接下列数字相机:

    1)高达8K 8-bit像素的单通道线扫描CCD相机;

    2)多通道线扫描CCD相机;

    3)面扫描CCD相机;

    4)多通道面扫描CCD相机;

    5)具有逆转通道扫描功能的CCD相机.

    该高速图像卡是一个适用于PCI总线的单插头、高质量的图像获取与处理电路板,可直接插入PC计算机的PCI总线插槽.该图像卡获取图像的速度高达200 MBPs,能够实时地抓取和转换图像至系统存储器,并且在板上有2个32位宽输入通道,可以处理多种由CCD相机电子学系统传来的数据格式:8-bitsP像素、16-bitsP像素、24-bitsP像素、或32-bitsP像素,单输入最大采集速度达50 MHz.

    Viper-Digital图像卡使用Intel公司i960作为它的PCI总线,在PCI总线忙的时候,图像能被缓冲确保图像数据不会丢失.像素处理器是一个可供选择的处理组件,对动态图像能完成点对点处理,速度达200 MbPs,能获得参考图像并存储在像素处理器中.像素处理器是可编程处理单元.本系统中,CCD相机与图像卡的数据接口按标准RS-422串行接口要求进行设计的.RS-422接口是差分长线驱动器,它可以降低由于长线输出产生的噪声.