[发明专利]一种高帧频CCD相机系统

说明书

技术领域

本发明涉及CCD相机系统技术领域，尤其涉及一种帧频达到1000fps的数字化CCD相机系统。

背景技术

照相技术问世后，人们开始设想如何连续快速地拍摄目标的影像，如汽车碰撞、物体破碎过程运动摄像等领域。最早的高速相机系统采用胶片感应的方法来记录目标的影像，可取得较高的时间分辨率，但需要复杂的光机结构，而且得到的胶片还需冲洗后才能进行判断使用，由于使用机械快门，曝光时间间隔较长，不能满足高速运动的场合。随着半导体工业和集成电路技术的发展，特别是CCD传感器具有功耗低、噪声小、暗电流小，可使用电子快门来实现曝光时间的精细调整，人们将CCD技术、最新的电子学技术和计算机技术结合起来，提供新的高速数字化相机系统。

目前国内使用的高帧频相机，主要是直接购买国外的专用高速相机，价格昂贵；或购买专用的高速CCD芯片后设计相机，成本很高。因此，如何将CCD技术和数字化处理技术结合起来，为高速相机领域提供新的技术手段，是急待解决的问题。

发明内容

为了解决高速相机设计中的难题，为高速相机领域提供新的技术手段，本发明提供一种高帧频CCD相机系统。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种高帧频CCD相机系统，包括镜头、CCD图像传感器和PC机、PCIe采集卡及显示设备，所述镜头的像面耦合到CCD图像传感器的焦平面上，镜头视场内的目标成像于CCD图像传感器的焦平面上，CCD图像传感器的感光区产生的感生电荷数量与输入的光能量成线性关系；其中：

该相机系统还包括预放器、视频信号处理器、水平时序信号产生器、水平驱动电路、垂直及电子快门驱动电路、控制器1、控制器2、外部存储器单元和Camera Link输出单元；

所述PC机为整个相机系统的主控制器，通过串口向控制器1发出控制命令；

所述控制器1产生CCD图像传感器的垂直及电子快门时序信号，经垂直及电子快门驱动电路后输出垂直驱动时序信号和电子快门信号；同时，控制器1对视频信号处理器和水平时序信号产生器进行控制，输出水平驱动时序信号并在视频信号处理器内部产生相应的视频处理信号；

所述CCD图像传感器感光区域的电荷受垂直和水平驱动时序信号的控制，以40M Hz像素时钟的双通道方式输出，经预放器后送入视频信号处理器进行视频处理，最终以双路位宽为14bit、时钟为40M Hz输出数字图像信号到控制器2中；

所述控制器2在得到控制器1输出的控制信号后，使外部存储器单元工作在乒乓方式下，对视频信号处理器输出的两路图像数据信号进行数据整合并经降频处理，最终以60M Hz像素时钟14bit位宽经Camera Link输出单元输出；

所述Camera Link输出单元输出的图像数据经Camera Link电缆传输到PCIe采集卡，进行图像数据的实时存储和显示。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的外部存储器单元工作在乒乓方式下，使用Camera Link接口传输数据，可以使相机在四种分辨率下工作，而且在四种分辨率下图像数据都可以实时存储和显示；

2、本发明的视频信号处理器和水平时序信号产生器集成在同一芯片中，其内部的信号之间可调整的最小时间为0.39ns；

3、本发明的水平驱动电路中使用驱动器ISL55110，并使用QFN封装，而且把其底部的散热底座和线路板大面积地焊接在一起，大大提高驱动器的有效散热面积；使得相机在工作时，驱动器ISL55110温度升高仅5.2℃；

4、本发明在数据整合前，使用了串并转换，把双路位宽为14bit、时钟为40M Hz的输出数字图像信号转换为双路位宽为28bit、时钟为20M Hz的输出数字图像信号，降低了整合期间数据的工作频率；

5、本发明在数据经Camera Link输出单元输出前，压缩了输出图像信号的消隐期，在保证输出帧频和有效图像数据量不变的情况下，把输出的数据时钟频率由80M Hz降为60M Hz。

附图说明

图1是本发明高帧频CCD相机系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所述，本发明的高帧频CCD相机系统包括：镜头、CCD图像传感器、预放器、视频信号处理器、水平时序信号产生器、水平驱动电路、垂直及电子快门驱动电路、控制器1、控制器2、外部存储器单元、Camera Link输出单元和PC机、PCIe采集卡及显示设备。