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基于CCD的图像采集处理系统的设计研究1243

基于CCD的图像采集处理系统的设计研究

1,211
李国丽周金斌胡存刚

1合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009
2浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310014

摘要：本文以Sharp公司第四代DSP芯片的LR86603作为数字信号处理器，RJ2421AB0PB作为
CCD图像传感器组成一个小型图像采集处理系统，通过片上A/D变换后输出图像信号并即时进行平
滑预处理。该系统以其体积小、处理速度快、使用灵活方便等特点，较好地满足了小型化、便携式的
要求。
关键词：CCD图像传感器DSP图像采集图像处理平滑

1引言

随着现代电子技术的快速发展，图像采集与处理技术得到了越来越广泛的应用。数字信号处理器利用
专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，由于DSP芯片具有体积小、处理速
度快、使用方便灵活的特点，已被广泛应用于对处理速度和实时性要求较高的嵌入式场合[1]。CCD图像传
感器的高度集成化减小了系统的复杂性，可以根据需要将多种功能集成在一块芯片上，降低了制造成本，
使图像读出及处理变得简单而快捷，便于设计出更灵巧的小型成像系统。在一些需要实时图像监测的应用
领域中，充分利用CCD的这种特点，配合高速处理的DSP电路，可以大大简化电路设计的结构，使得整
个系统更集成化。
本文以Sharp公司第四代DSP芯片的LR86603作为数字信号处理器、RJ2421AB0PB作为CCD图像传
感器组成一个小型图像采集处理系统，通过片上A/D变换后输出图像信号并即时进行处理。该系统以其体
积小、处理速度快、使用灵活方便等特点，较好地满足了小型化、便携式的要求。

2图像采集系统

一个完整的图像采集系统要求具备对图像信号的采集功能、对图像的处理和分析功能。因此，图像采
集系统通常可由如下4部分构成：视频图像的采集、视频图像的预处理、各种同步逻辑控制、视频图像的显
示输出，基本构成框图如图1所示。

逻辑控制器
控制
信号控制
信号
控制
CCD图像采信号
图像数据图像输出
集
图像A/D图像D/A

处理器（包括各类
图像处理算法）

图1图像采集系统的基本构成框图

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1244计算机技术与应用进展·2007

在图像信号采集系统中，核心器件为CCD传感器。CCD是一种光电转换式图像传感器，它利用光电
转换原理把图像信息直接转换成电信号，实现非电量的电测量，同时它还具有体积小、重量轻、噪声低、
自扫描、工作速度快、测量精度高、寿命长等诸多优点[2]。CCD摄像头输出模拟信号，通过解码芯片对其
进行解码，变成可编程的数字信号，便于DSP对数字图像的处理和存储。
CCD图像数据的采集与普通信号相比，最大的特点是数据处理量大、传输速率要求高。CCD输出信
号不能直接送入A/D转换器，必须先从硬件上对其进行一系列的预处理，消除信号中的驱动脉冲（主要是
复位脉冲）及噪声等所造成的干扰，因此需将信号进行前置反向、滤波及放大[3]。
本系统中采用SHARP公司的RJ2421AB0PB，是一款4.5mm固态影像传感器，包括PN光电二极管、
电耦合器件，可以采集高达320万像素（542horizontal×582vertical）高分辨率的图像。像素栅距7.2µm（H）
×4.7µm（V），并配备了互补色滤镜及内嵌输出放大器。
因此，本图像采集系统主要包括：Sharp公司DS/PGA/ADC芯片IR3Y48A1，DSP芯片LR38603以及
CCD垂直驱动芯片LR36685，系统框图如图2所示。主要工作过程是：CCD将采集到的复合模拟图像信
号经IR3Y48A1芯片A/D转换，传输给数字信号处理芯片进行平滑、自动白平衡、载频平衡、自动曝光等

处理，最后将处理后的图像输出至监视器。

CCD信号处理及
RJ2421AB0PB¼图像输出
被摄图像采集数字接口包括转换A/DLR38603
typecolorCCD
物CDS/PGA/ADC（DSP）
areasensor（IR3Y48A1）

将信号转换成
电压和阻抗
图像处理（平滑、
白平衡、载频平
HT82V805四信道垂直衡、曝光等）
驱动器（CMOS垂直驱
动和快门驱动）

图2图像采集系统框图

3实时图像处理系统

实时图像处理系统由图像采集模块、图像处理实时处理模块(DSP模块)、结果输出模块、逻辑控制模块
等四个模块组成，如图3所示。其基本的工作原理是将CCD摄像头采集得到连续的模拟图像信号经D/A转换，
变为数字图像信号，然后完成对数字图像信号的运算处理，最后通过输出模块输出所期望的运算结果。
实时图像处理系统设计的难点是如何在有限的时间内完成对大量图像数据的处理。从人的视觉理论分