基于CMDS图像传感器的嵌入式二维准直测角系统

【摘要】： 目前工程化的二维光电自准直仪均以CCD作为光电转换器件，其驱动设计复杂、数据读取效率低、帧频低、集成度低、功耗大、所构成的系统复杂，因此有必要开发一种基于新型光电转换器件的嵌入式二维光电自准直仪。 本论文对基于CMOS图像传感器的嵌入式二维光电自准直仪的工程实现方法进行了研究，成功研制出一种新型二维光电自准直仪。 本论文的主要研究内容有以下几个方面： 1．本论文首次以CMOS图像传感器为研究对象，在对其工作原理及特性参数进行充分分析的基础上，详细论述了基于CMOS图像传感器的嵌入式二维光电自准直仪的总体设计方案。 2．设计实现了以DSP和FPGA为核心的嵌入式系统硬件平台。系统采用并行流水线技术，使数据采集、图像预处理、目标捕获、像点精确定位等处理同时进行，无需使用帧缓存，系统工作速度为60帧／秒。 3．嵌入式、高集成是本论文所设计的光电自准直仪的一大特色，本论文利用一片FPGA实现了整个硬件系统几乎所有的数字功能模块，其主要功能模块如下：√并行数字滤波及目标捕获模块。√FPGA与DSP共享数据存储区，并将其映射到DSP的数据空间。√字符、图像信号发生器及数字视频合成模块。√总线切换逻辑。 4．本论文首次在光电自准直仪上设计实现了电子目镜，从而取代传统的光学目镜，该电子目镜同时还具有电子分划板功能。 5．对传统的质心算法进行了改进，结合目标捕获单元，在DSP中实现了基于目标窗口且具有自适应阈值的质心算法。该算法具有数据运算量小，阈值随目标区背景自动变化的特点。 6．设计并实现了一种基于高精度多齿分度转台的光电自准直仪的自标定方法，不仅简化了系统标定及维护，还解决了系统软件通用性的问题。 7．在分析软件功能需求的基础上，编制了基于DSP的系统应用软件，通过软硬件相结合的信号处理技术，实现了测量数据的自动采集和处理。 8．对新型光电自准直仪的测量精度进行了理论分析和试验验证。试验结果表明：所设计的光电自准直仪的各项技术指标符合设计要求。