基于FPGA的面陣CCD成像系統(tǒng)設計.pdf

1、激光散斑血流成像是一種無創(chuàng)、全場、實時光學成像技術,對大面積淺表組織如皮膚和腔體進行血流監(jiān)測具有非常良好的效果,目前,這項技術已經(jīng)應用于臨床。皮膚病等淺表組織疾病具有普發(fā)性和高發(fā)性,大型激光散斑血流成像設備因其成本和體積將阻礙這項技術的廣泛應用,因此設備便攜化具有非常重大的現(xiàn)實意義,本課題設立主旨是設計開發(fā)一套能用于便攜式激光散斑血流成像設備的成像系統(tǒng)。
　　面陣電荷耦合器件(Array Charge-Coupled Device

2、 CCD)能提供高分辨率、高靈敏度、低暗電流等高品質圖像,課題圍繞其設計開發(fā)完整的、低噪聲的電路系統(tǒng)。
　　為了實現(xiàn)系統(tǒng)的便攜化,課題采用區(qū)別于傳統(tǒng)專用集成電路(Appication Specific Intergrated Circuit ASIC)架構,基于可編程邏輯器件(Filed Programmable Gate Array FPGA)的架構方案。FPGA作為整個系統(tǒng)的邏輯控制中心,生成CCD驅動信號及其模擬輸出信號的采

3、樣同步信號,借助其特有的軟核處理器技術,搭建32位指令集、數(shù)據(jù)總線和地址空間的NIOSII(Altera公司的軟核處理器)系統(tǒng),通過簡單的C語言程序控制圖像數(shù)據(jù)高速緩存、連接圖形顯示接口及直接顯示。上述邏輯功能通過硬件描述語言(Hardware Describe Language HDL)和公開知識產權核(Intellectual Property IP)調用FPGA內部可配置資源實現(xiàn),因此,課題設計開發(fā)的系統(tǒng)具有很好的靈活性和擴展性。

4、
　　成像系統(tǒng)包含三個子單元:CCD成像單元,FPGA核心控制單元,圖形顯示接口單元。成像單元完成光學信號到模擬信號,模擬信號到數(shù)字信號的轉換;核心控制單元由FPGA和存儲器組成,FPGA完成成像單元的驅動、采樣控制,接收并緩存圖像數(shù)據(jù)到存儲器;圖形顯示接口單元接收存儲器中的數(shù)據(jù),直接顯示或發(fā)送給計算機進行處理。
　　課題開發(fā)完成的系統(tǒng)具有15幀每秒、高采樣精度(12位)輸出和低暗輸出特點,同時,系統(tǒng)具備良好的擴展性,能根據(jù)