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基于CMOS图像传感器的计花器设计

作者:时间:2010-12-14来源:网络收藏

摘要:阐述了新型CMOS图像ME1010的结构模块与工作方式,设计出了以ME1010为核心的计花器系统,给出了系统硬件、软件结构,对硬件和软件进行了计算机仿真分析。仿真结果表明该系统能够满足高支纤维生产过程对计花作业的要求,具有实用价值。
关键词:CMOS图像;ME1010;计花器

0 前言
织物上的疵点主要是由纤维上的花结引起的,计花器是纺织业中的一种常用设备,主要用于统计(或清除)纺锭上的花结,是确定纤维质量等级的主要依据。目前国产计花器主要有电容式和光电式两种,精度较低,对高支纤维的处理较困难。本文提出利用CMOS图像,进行纤维花结的感知,其精度可达0.02mm,完全可以满足当前高支纤维的生产需要。

1 ME1010简介
ME1010是一个使用方便的综合图像,由Microne公司采用专利结构开发,旨在使其更便于与计算机产品构成一个整体。不同于传统的CCD图像或一些新的CMOS图像传感器产品,ME1010图像传感器可提供极低速X-Y地址图像输出,以便于与计算机或DSP相连接。它提供了352×290个像素(其中352×288个有效像素)、一个片上放大器和配套的ADC电路。
此外,一个宽范围的连续全屏幕电子快门功能(从1μs到255ms)可避免对很多光学设备如光圈和机械快门等的需求。这对那些紧凑而经济的产品如定向视听相机组件、电子监视、车载电视系统、消费品、高技术玩具等非常有吸引力。
其主要特征有:12.1μm×12.1μm的CMOS像素元;352×290像素阵列(有效元:352×288);基于像素元的片上帧buffer;低速可按X-Y地址输出像素信号;片上视频放大器;片上8位转换器;低功耗(小于200mW);全屏电子快门宽范围连续可调;内置黑状态参考;LCC- 48
脚封装;
功能:
像素阵列:由352×290的光敏区组成,包括一系列的参考行和可用的352×288像素阵列。
控制信号“XYSEL”的状态决定九位地址(ADO to AD8)的译码与X或Y地址对应。感光过程的初始化由VRST的电平对感光区内的各感光元素进行预置。像素阵列的初始化可以全屏一次进行,也可以通过PREC、X地址译码输出以及“G”信号的组合逻辑状态按行进行。产生的感光信号可暂存在帧buffer里,通过取样控制信号(包括Samp信号、X译码输出、SampG信号的逻辑综合),由X-Y地址可将此buffer内的指定内容读出。
在读数据期间,由X地址译码输出和Sel信号共同决定哪一行像素为当前行,同时在Read信号的上升沿,对当前像素区的感光单元采样并送至一 buffer行里。此buffer行通过多路传输技术输出至输出行Vout。多路器由Y信号的译码输出控制。Y译码的最近一次输出用来读
出动态暗参考。因此,在正常的图像读出方式下,最重要的Y译码输出是O×15F。
ME1010对由外部逻辑电路(微控制器或ASIC)指定的X-Y地址对应的感光区(当前区)的感光信号保存至模拟信号帧Buffer。由Vout脚输出的原始像素信号是负极性信号。换言之,黑色信号的电平比白色信号的电平高。
黑色参考单元行:
感光阵列的第一行(底部)是用来对动态黑色(参考背景)进行感光。这一动态黑色参考是在取样过程开始前,第一行的光敏元感光产生的。当选择此行即Y译码输出为15F(351)时,参考信号即输出至Vref脚做为后续的源。这样就为关闭信号处理器和片上模数转换器提供了黑色参考。
片上8位模数转换器(8-bADC);
片上8位模数转换器可将模拟图像信号转换成数字图像信号。快速ADC的功能时序图如下图1所示。在ADCclock信号的下降沿对模拟图像信号取样,在ADC Clock低电平期间完成转换,在ADCClock的上升沿输出数字信号。由此引起半个时钟周期的转换延迟(低电平宽度)。转换范围由外置参考电压决定。以电源方式输入的补偿信号可将偏离信号减少到零。
a.JPG


2 硬件系统
本系统硬件主要由传感器及外围电路、按键电路、基准电压电路、MCU处理器、显示电路、与上位机通讯接口电路、电源电路等部分组成,如图2所示。
b.JPG

传感器采用ME1010型CMOS图像传感器,其外围电路主要有地址译码与驱动电路、数据总线、采样时钟及控制电路、控制电路等部分组成。


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关键词: 传感器 A/D

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