一种高帧频数字相机实时显示系统的研制

    1 引言

    在实际科研项目研究中，技术指标要求图像传感器的采样频率达到 48 帧/秒，但是普通图像传感器输出的帧频为 25 帧/秒，不能满足技术要求。因此，摄像机采用了高帧频数字接口摄像机。这种高帧频摄像机具有滞后小，信噪比高，帧频高，而且输出的行场频率可以根据用户需求自行设定，以及图像传输时不影响图像质量等优点[1]。由于高帧频摄像机的诸多优点使其应用越来越广泛，但是该种摄像机没有模拟输出，不能在普通的视频监视器上显示，目前此类摄像机的图像显示采用专用的数据图像采集卡，直接与数字摄像机接口，这样仅仅图像显示就需要一台性能较高的计算机，不仅成本高，体积庞大，使用环境受限制，而且不易操作；并且在对系统调光时，采用普通视频信号检测方式无法实现，致使具有很好指标的数字摄像机在许多场合无法应用。如果能使非标准的数字摄像机能够在普通监视器上显示图像，那么一定能拓展非标准摄像机的使用范围，从而提高科研水平。

    2 系统设计方案研究

    2.1 系统理论框图

    高帧频相机实时显示系统原理框图见图 1。

    2.2 系统工作过程

    首先高帧频数字相机输出的 Camera Link 标准的图像信号转换为 TTL 标准的信号，经过 FPGA 处理后，一路经过数模转换为模拟信号，叠加标准的视频信号，这样就实现了高频数字相机的实时显示。同时，本系统还可以直接与图像采集卡相连，将 TTL 信号转换为 LVDS 信号，对图像进行更高层的处理。另外，本系统可以和计算机进行串口通讯。

    2.3 Camera Link 转换为 TTL

    根据科研实际需要，高帧频数字 CCD 相机输出帧频为 48 帧/秒，相机输出信号接口标准是 CameraLink，Camera Link 标准是一种新的视频信号的接口标准，它是在 Channel Link 接口标准的基础上扩展成的一种有着更广泛应用的接口标准。

    Channel Link 是一种以 LVDS 的物理层为基础的图像信号标准，这种技术最初用以解决平板显示的问题，后被扩展用于普通意义上的数据传输标准。Channel Link包括一个接收器和一个驱动器分别发送和接收 28 个数据信号。Base 方 式 有 五 个LVDS 对驱动四个数据流和一个作用时钟。接收器接受四个 LVDS 数据流和 LVDS 时钟，将 28bit 数据组合变成 4 对线和一对时钟传输到工作板上。Channel Link 的传输方法需要用很少的导线传输数据，五对导线能传输 28 位数据，导线少就使连接器小，这样就能使相机小型化[2]。Channel Link 工作原理如图 2 所示：Camera Link 是在 ChannelLink 是在 Channel Link 的基础上加上相机控制信号，并且每个 Camera Link 接口可以有几个 ChannelLink 芯片，Channel Link 工作原理见图 2。