共心宽视场高分辨率成像仪硬件设计

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1、共心宽视场高分辨率成像仪硬件设计作者姓名关少奇导师姓名、职称邵晓鹏教授一级学科光学工程二级学科光学工程申请学位类别工学硕士学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1205122198分类TN82号TN21密级公开西安电子科技大学硕士学位论文共心宽视场高分辨率成像仪硬件设计作者姓名：关少奇一级学科：光学工程二级学科：光学工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：邵晓鹏教授提交日期：2014年12月HardwareDesignofHomocentricWide-FieldandHigh-ResolutionImagerAthesissubmittedtoXIDIANUNIVER

2、SITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinOpticalEngineeringByGuanshaoqiSupervisor:Prof.ShaoxiaopengDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材

3、料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：

4、摘要摘要传统成像作为一种“所见即所得”的探测形式，存在一些致命的缺陷：传统成像的图像分辨率一般较低，特别是在对地夜间观察与监控的红外成像系统中，其传感器空间分辨率低，图像解析度差。在一些特定的应用场合，人们希望可以从尽可能大的角空间获取足够多的信息。目前，宽视场高分辨率成像系统大多具有复杂的光机结构、视场盲区或图像畸变等缺点。共心透镜系统在解决上述难题的同时，可以兼顾宽视场和高分辨率成像的要求。针对球透镜的小畸变和大视场成像的特点，共心宽视场高分辨率成像仪采用共心物镜系统和多孔径微相机阵列的设计，利用计算重建技术将具有一定视场重叠的多帧子图像拼接重建成一幅图像，最终实现宽视场高分辨率

5、成像的目的。基于这种共心宽视场高分辨率成像仪的成像机理，本文设计了一款由CMOS传感器和单元成像电路共同组成的图像采集传输硬件系统，来保证系统大数据的采集和传输处理。本系统以CMOS传感器作为微相机单元，设计了CMOS传感器的驱动电路。利用FPGA并行处理与运行速度快的优点，同时对多路CMOS传感器进行数据采集，并且采用了FPGA与DDR3架构组成的存储系统，满足了存储带宽和容量的要求。最后，通过千兆以太网完成向图形工作站的数据传输，满足了系统对于高速传输的要求。结合上述内容，本文首先论述了宽视场高分辨率成像系统的发展现状，并结合系统要求设计了共心宽视场高分辨率成像仪硬件系统；针对硬

6、件电路设计中大数据的采集与存储，以及如何进行数据快速传输等难点，完成了以FPGA为核心，以DDR3为大容量存储单元并以千兆以太网为主要传输方式的硬件电路设计，之后对硬件电路进行调试，完成了对CMOS芯片的配置，大数据的采集和存储调试，以及向图形工作站的数据传输的准确性测试，最后验证硬件系统的可行性，实现了宽视场高分辨率成像的目的。硬件系统的调试结果表明：本文设计的共心宽视场高分辨率成像仪硬件系统集成度高，能够采集和存储大量图像数据并具有较强的实时处理能力，达到了预期设计要求。同时本系统的硬件处理电路具有一定的通用性，其中FPGA核心板采用FMC接口。接口设计满足FMC夹层卡标准，属于

7、ANSI标准。FPGA核心板提供标准的夹层卡尺寸、连接器和模块接口,可以用作同类电路设计的处理平台。关键词：宽视场高分辨率，硬件系统，FPGA，DDR3缓存论文类型：应用基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTTraditionalimaging,asa“whatyouseeiswhatyouget”detectionmode,existssomefataldefects.Theresolutionofthetradit