納秒級分幅超高速視覺成像裝置的研制.pdf

1、高速視覺成像技術能夠將某一瞬間事物的變化歷程以圖像的方式記錄下來，在國防科技、科學研究、生物醫(yī)療等領域均有廣泛應用。成像裝置性能受圖像傳感器像素結構、讀出噪聲和幀率制約，目前世界上圖像傳感器最高幀率達到107fps，圖像傳感器的曝光時間間隔為1us，要實現(xiàn)對1us以內高速物理現(xiàn)象的精確觀測，需要在保證圖像質量的情況下進一步提升圖像采集幀率。
　　本文研制了一臺基于分幅技術的超高速成像裝置，幀率500fps，其曝光時間間隔能夠在0至

2、4ms范圍內可調，調節(jié)精度高達10ns。采用光學分幅技術，在保持原有圖像傳感器成像質量的基礎上提升了整體成像速度。通過調節(jié)不同圖像傳感器的曝光間隔，實現(xiàn)對于高速運動物體運動學信息的檢測。本文主要工作和成果包括：
　　(1)針對成像裝置性能受圖像傳感器性能制約的問題，設計二分光成像光路結構；針對精密光學的分光需求，采用高精度機械調校機構，實現(xiàn)了精度為1um的機械校準；完成基于FPGA的雙SCMOS高速硬件電路的設計與調試。
　

3、　(2)根據(jù)成像裝置圖像數(shù)據(jù)量大、輸出速度高的需求，開發(fā)了基于FPGA的固件程序，實現(xiàn)了兩個圖像傳感器的參數(shù)配置及精度為10ns的時序控制；采用千兆以太網(wǎng)實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)通信，通過上位機實現(xiàn)了成像裝置的圖像顯示和參數(shù)配置；采用具備CRC校驗機制的Cameralink協(xié)議高速傳輸圖像，實現(xiàn)了峰值速度4080Mb/s的圖像數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。
　　(3)根據(jù)光路及機械結構特點，研究了不同圖像傳感器圖像重合度提升的方法，實現(xiàn)了圖像相關度由