基于FPGA控制的高速线阵CCD驱动设计
文献综述
南京理工大学理学院 信息工程与物理系 李文茂
指导老师 王春勇
摘要：在本文中，我们对一些与“基于FPGA控制的高速线阵CCD驱动设计”有关的国内外文章进行了研读和分析，并以此为基点对“利用FPGA控制的CCD驱动设计”这个课题的工业生产需求，相关研究现状，并对斯蒂芬·休斯曼和锡安·H·霍的《FPGA内部的高速亚像素边缘检测器实现》这篇文章中提出的一种新的边缘检测器进行了简单介绍，并分析了其优缺点。
关键字：FPGA、CCD、边缘检测器
- 研究背景
随着重工业的增长和需求为了高质量的生产，许多行业，例如：金属板，纸张，塑料和纺织工业，需要某种形式的技术来控制他们生产质量。一种常见的质量控制（QC）技术是将光学线扫描相机用于物体尺寸测量[1，2]。这些相机包括由许多单光学元件组成的线性传感器具有精确定义尺寸的接收器（像素）和它们之间的距离（间距）。与2D图像相比传感器的优势是数量更多一维像素和更高的帧速率。在大多数情况下，质量控制的结果是有限的由线扫描相机系统的精度决定。为了改善质量控制流程，使用更昂贵的线传感器具有更高的空间分辨率（更多像素）是必须的。反过来，与相同条件的高像素相机相比，这通常会降低新的线性扫描摄像机的帧速度。结果，牺牲生产速度换取了更高质量的控制权。我们的目的是不在损害了采用的质量控制系统的准确性的前提下，保证生产速度。
CCD 图像传感器是利用光电转换原理将图像信号转变为电信号，在各领域都得到了广泛的应用，备受人们的广泛关注[3]。CCD 器件正常工作的前提是CCD 驱动电路中各驱动脉冲的严格性设计。CCD 的工作状态与其驱动时序密切相关。只有在严格满足驱动时序要求的基础上，CCD 的转换效率、信噪比、光电转换特性等指标才能达到最佳状态[4]。这些驱动信号提供 CCD 正常工作的驱动时序，也可以在后续的信号处理电路中提供一些控制性信号，更可以在图像采集处理过程中提供同步信号。
近些年来，随着可编程器件的高速发展，FPGA 因其高速并行处理方式，极强的编程灵活性，十分适合用来产生 CCD 的驱动时序[5]。FPGA 是一种可以根据用户的自我需要自行改造相应逻辑功能的数字集成电路。利用 FPGA 器件设计驱动电路，可以大大缩减电路板的制作成本( 需要体积小)，无需外部芯片，提供软 件仿真功能，适合完成各种算法和组合逻辑，可靠性以及灵活性都比较高，重新修改原理图或硬件描述语言即可完善设计。同时还可以为图像信号的采集提供时钟以及其他电路的时序匹配[6]。
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