[发明专利]基于低维量子结构光电传感器读出电路的光电成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计、自动控制、通信、测量及仪器仪表等技术领域，是一种用于采集低维量子结构光电传感器读出电路数据并显示的光电成像系统。

背景技术

光电传感技术已经广泛应用于生产生活的各个方面，其中红外传感技术内容尤为丰富-从最初的军事应用逐渐扩展到现代的工业测控、医疗检测、灾害预防等各种领域。就传感器件材料而言，电荷藕合器件图像传感器(CCDs)是传统成像读出的主导者，但互补金属氧化物半导体(CMOS)技术凭借其读出速率高、功耗低、像元尺寸小、易于集成功能电路等优点不断发展，成为了与CCDs可竞争的读出成像技术，低维量子结构光电传感器即属于CMOS器件。

针对光电传感器的成像系统通常需要数据采集系统(DAQ)将传感器读出电路的输出转换为可供显示器件显示的图像数据。具体而言，读出电路模块需要外部时序驱动，一般使用数字电路控制；读出电路将传感器信号输出，一般需要模数转换器对其采样；采得数据经微型控制器(MCU)通过一定的通信方式传输给显示器件。

上述由独立模块搭建的DAQ显然过于零散，不利于系统低功耗、易调试和可靠性的实现。市场采用较多的方案是现场可编程门阵列(FPGA)外接模数转换器(ADC)，并未完全实现模块高度集成；与计算机的通信仍有使用通用同步/异步串行接收/发送器(USART)接口，数据传输速率过小，或直接使用液晶屏显示作为便携设备，对信号处理能力及通用性都不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种为了驱动、调测低维量子结构光电传感器读出电路并为该低维量子结构光电传感器读出电路设计实现了精简且符合性能要求的光电成像系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于低维量子结构光电传感器读出电路的光电成像系统，采集光电传感器数据，利用通用计算机显示，特点是：

a、系统包括低维量子结构光电传感器读出电路模块、高级精简指令集计算机模块(ARM模块)和通用计算机成像软件模块，硬件模块间以总线方式连接；采用ARM模块作为读出电路模块的控制和数据采集接口，以及通用计算机成像软件模块的数据传输接口；

b、系统采用并行与串行相结合的通信方式，由ARM模块输出并行控制信号并采集读出电路模块输出的串行数据；ARM模块与通用计算机通过通用串行总线USB方式进行通信；

c、系统将ARM模块与读出电路模块组成下位机即USB设备，与上位机即通用计算机构成主从关系，由通用计算机及其上运行的成像软件模块控制；

其中：

所述低维量子结构光电传感器读出电路模块包括2×8低维量子结构光电传感器及读出电路；

所述ARM模块包括ARM控制内核、内存缓冲区、两路12位模数转换器、直接存储器访问控制器、USB设备接口、定时器和通用输入输出接口和电平转换电路；

所述成像软件模块包括操作系统驱动程序部分和应用程序部分。

上述读出电路模块中的读出电路对低维量子结构光电传感器输出值进行积分，按时序从两路引脚通过移位寄存器输出传感器各像素电压值，即数据信号，并返回状态信号。

上述ARM模块通过产生读出电路模块所需工作时序，获取读出电路模块的状态信号和数据信号；ARM模块使用两路12位模数转换器对数据信号电压值进行采样，通过DMA控制器将采样结果直接传至缓冲区并交由USB设备发送至通用计算机。

上述通用计算机成像软件模块中的操作系统驱动程序部分为读出电路模块和ARM模块组成的USB设备提供设备管理服务，应用程序部分向设备发送命令或接收数据，将采样结果转换为灰度图形显示于计算机屏幕。

上述ARM模块和通用计算机成像软件模块使用的USB通信方式采用3条管道(pipe)：端点(endpoint)1以批量输入(bulk in)传输方式作为管道1；端点2以中断输入(interrupt in)传输方式作为管道2；端点2以中断输出(interrupt out)传输方式作为管道3。

本光电成像系统基于低维量子结构光电传感器读出电路，利用单片ARM实现对该读出电路模块的控制和数据采集，并与之整合为USB设备，硬件简洁；利用自行编写的通用计算机成像软件处理数据、显示图像，可通过计算机图形化界面进行显示和控制，灵活、精确地调整读出电路积分时间，搭建了模块高度集成、数据传输速率高、性能优的光电成像系统。

对于低维量子结构光电传感器CMOS，尤其是红外CMOS传感器读出电路的驱动、调测，并进一步利用成像，为将来大规模量子结构光电传感器成像打好基础，有助于量子结构光谱仪等新型光电传感器应用及实现。