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基于CMOS图像传感器LUPA300的成像系统设计

甘玉泉  
【摘要】: 近年来,随着CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)成像技术不断发展和完善,CMOS图像传感器以其标准的半导体工艺、分辨率、动态范围和灵敏度等指标明显提高的优势占领了越来越多的市场。同时,与传统的CCD相比,由于CMOS图像传感器的特殊内部结构,使其抗辐照能力优于CCD图像传感器。它的低功耗使得在主要采用太阳能供电的航天卫星系统中,具有很大的优势。CMOS图像传感器具有低成本、简单的数字接口、高速率等特点,因此在航天领域得到广泛应用,尤其是在遥感相机、星敏感器等空间探测领域。本文通过对Cypress公司生产的CMOS图像传感器LUPA300进行研究,掌握以其为核心的图像采集系统的开发方法,为我国今后相应的航天设备的设计工作奠定了一定的基础。 本论文主要研究以下几个方面的内容:首先介绍了CMOS图像传感器的发展历史、性能特点、工作原理,并对CMOS和CCD进行了比较;然后以Cypress公司的LUPA300图像传感器为核心,阐述了Cypress公司生产的LUPA300这款面阵CMOS图像传感器的结构、原理和性能。接着分析了其工作时序,用VHDL语言在CPLD上实现了传感器的时序设计。系统的硬件部分具体实现时,采用了前端图像传感器和后端控制的分离设计,前端图像传感器的PCB采用四层板的制板结构,后端控制PCB采用两层板结构,简化了设计难度。利用低压差稳压器实现对CMOS图像传感器的稳定供电,使系统具有高积分度、稳定性和灵活性的特点。实验证明,该系统工作稳定,功耗低,采集到的图像效果较好。 本文最后提出了该系统的不足之处和改进方法。本系统的设计对于其他同类系统具有一定的借鉴意义。


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