一种基于51单片机的可控成像系统设计
CCD读出电路的噪声主要包括读出电路中所用器件的固有噪声，以及因电路结构、电路工作方式引入的附加噪声。主要有1／f噪声、KTC噪声和固定平面噪声，这些噪声限制了图像传感器的动态范围，降低了信噪比。在读出电路中，相关双取样技术(CDS)是目前应用最广泛的噪声抑制技术。由于一个像元传输时间中的复位噪声是相关的，相关双取样电路(CDS)可以利用信号相减的运算关系来消除或消弱信号里的1／f噪声、KTC噪声和固定平面噪声，从而可大大提高系统的信噪比。自动增益控制电路(AGC)可以使放大电路的增益自动地随信号强度而调整，使图像信号的亮度平稳，特别是低照度环境里微弱光信号的放大。但不足的是它也会放大低照度条件下的暗电流，降低图像质量。另外，模拟前端带宽的合理选择可以对系统噪声和系统调制传递函数进行折中，以满足应用的需求。目前有两种AFE设计方法，一种是采用分立元器件实现，另一种是采用集成AFE芯片实验。随着AFE芯片的成熟，其内部还集成了暗电流校正电路，各项指标远高于一般分立元器件搭建的电路，并且调试简单。该系统选择的集成AFE是CXA2096N，是专门为数字摄像机而设计的，内部包括相关双取样电路(CDS)、自动增益控制电路(AGC)，为A／D转换器提供的参考电平以及采样保持电路，其自动增益变化范围为-0．8～31．3 dB。
3 信号处理模块
3．1 视频处理芯片
本文选择的信号处理芯片是SONY公司的CXD3172AR。该芯片内建10位高精度A／D转换器，具有自动白平衡、自动曝光、自动黑电平校正和缺陷补偿等功能，并能产生驱动CCD的时序脉冲，能够输出PAL／NTSC制式的模拟信号和ITU656格式的数字信号，其控制方式有2种：通过RS 232接口用PC机软件控制；通过MCU通用管脚直接用硬件控制。因为MCU的传输总线不属于通用的I2C和SPI总线，所以参考芯片资料，设计了与MCU的通信接口。该芯片支持的最大传输速率为400 Kb／s；使用PC机软件仅支持19．2 Kb／s，且不能完全利用该芯片的带宽，软件控制还必须依赖PC机，不利于携带。在该系统中，采用纯硬件控制方式实现的DSP功能，具有快速灵活的特性。以CXD3172AR为核心组成信号处理模块的外围电路主要有电源、时钟、视频输出接口和控制通信接口。
3．2 时钟产生电路
CXD3172AR需要产生驱动CCD的时序脉冲，其主时钟将影响整个系统的正常稳定工作。该系统选择的CCD兼容PAL制式色彩摄像机，总共像素为795(H)×596(V)，系统要求28．375 MHz的时钟驱动系统和27 MHz的时钟驱动编解码器。为了有稳定的时钟源，采用锁相环路(PLL)，用一个高稳定性参考源的一个分频和VCXO的一个分频进行相位比较，产生一个误差变化电压，给VCXO进行环路负反馈，从而使输出频率更稳定。设计VCXO输出28．375 MHz时钟和石英晶振回路输出27 MHz时钟，系统产生的水平同步信号频率为15．625 kHz，其与VCXO的分频进行相位比较，PCOMP引脚输出相位比较结果，判断是否相位锁定。
3．3 电源电路
系统需要4组独立电源，其电压分别为：3．3 V，5 V，15 V，-7 V。基于便携性的考虑，采用9 V直流电压作为电路板的输入，通过线性稳压电源芯片LT1117-3．3和LT1117-5得到3．3 V和5 V电压，选择TPS65131得到15 V和-7 V电压。TPS65131能够输出正负双电压，非常适用于便携性设备。4组电源的输出端分别通过LC低通滤波器，就能为系统提供高精稳定的直流电源。
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