多模式兼容的彩色高清ccd前端视频采集模块及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明属于可见光成像技术，特别是多模式兼容的彩色高清CCD前端视频采集技术及实现方法。
【背景技术】
[0002]随着CCD和CMOS技术的出现和发展的日渐成熟，摄像机视频采集技术有了弥足的进步。从黑白到彩色，从普通枪式摄像机到一体式摄像机，宽动态、低照度、分辨率、信噪比等技术指标迅速提升。从2009年开始，视频监控从标清监控到高清监控的发展速度加快。视频监控图像的分辨率从标清时代的4CIF或Dl的分辨率，约44万像素，清晰度540电视线，发展为高清监控时代分辨率达到1080i或720p，像素达百万以上。随着数字高清监控时代的来临，国外厂商虽然有能力做出数字高清摄像机的成品方案，却无法也不方便针对多种不同的应用场合开发与之对应的高清NVR、混合DVR、高清解码器等一系列后端方案。国外网络高清摄像机厂商的解决方案在配套与低照度方面的欠缺，导致应用与销量受限，力口上人工成本高，所以价格居高不下。针对此类现象，国内厂商一直在探寻与研制“低成本高品质”的创新产品。除了要将高清摄像机单价大幅度降低、更加贴近消费者外，高清监控还能在多方面为工程商与用户节省费用。
[0003]尽管国内外视频监控厂商研究并提供了一些较成熟的数字高清摄像机系统的解决方案，但是随着前端CCD和CMOS图像传感器技术的发展，图像传感器推陈出新速度不断提升。一些新研发出来的图像传感器并未得到很好的市场推广。其中CMOS图像传感器在低照度下的成像表现不尽如人意，使其无法在某些特定场合的使用，如医疗检测和夜间监控等，相比之下，(XD图像传感器更适合承担视频监控的任务。Truesense Imaging公司(原Kodak公司)在2009年推出了 200万像素的全高清逐行扫描行间转移型CXD图像传感器一KA1-02150，其在低照度下的高灵敏度、高帧率输出速度和低噪声结构使得它在安防视频监控，工业控制和医疗成像等领域中可以大展身手。随后，该公司又相继推出了同系列的400万和800像素CCD图像传感器:KA1-04050和KA1-08050。目前，针对这三款高速高清CCD图像传感器的视频采集技术的研究几乎空白。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种多模式兼容的彩色高清CCD前端视频采集模块及实现方法，实现对200万像素、400万像素及800万像素同系列CCD图像传感器前端视频采集模块软硬件的兼容，从而实现不同像素级别的传感器的图像采集。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种多模式兼容的彩色高清CCD前端视频采集模块，包括探测器控制模块、上电时序控制模块、A/D控制模块、探测器硬件驱动模块、供电模块、A/D硬件驱动模块、CCD图像传感器和A/D转换模块；探测器硬件驱动模块分别与探测器控制模块、供电模块和CCD图像传感器连接，A/D硬件驱动模块分别与A/D控制模块供电模块和A/D转换模块连接，供电模块再与上电时序控制模块、CCD图像传感器和A/D转换模块连接，CXD图像传感器和A/D转换模块连接，探测器控制模块通过FPGA产生CXD图像传感器所需的驱动时序和积分信号并送至探测器硬件驱动模块，使之产生具体驱动信号及电平并送至CCD图像传感器，使其正常工作；上电时序控制模块控制供电模块依次向各模块供电；A/D控制模块通过FPGA产生合适的配置信号及增益信号并送至A/D硬件驱动模块，A/D硬件驱动模块的驱动芯片接收配置信号及增益信号对其进行驱动能力放大，传输至A/D转换模块，驱动其中的A/D芯片正常工作；(XD图像传感器正常工作产生四路模拟视频信号送至A/D转换模块，A/D转换模块对该模拟视频信号进行相关双采样及模-数转换，最终输出4路12位视频信号；其中，探测器控制模块包括模组-同步模式选择模块、200万探测器驱动程序模块、400万探测器驱动程序模块、800万探测器驱动程序模块和探测器驱动信号输出模块，200万探测器驱动程序模块、400万探测器驱动程序模块、800万探测器驱动程序模块分别与模组-同步模式选择模块和探测器驱动信号输出模块连接，探测器驱动信号输出模块再与探测器硬件驱动模块连接，模组-同步模式选择模块根据上位机指令判断当前探测器模组及内/外同步工作模式，并输出相应使能信号至200万、400万或800万探测器驱动程序模块，接收到有效使能信号的相应模组探测器驱动模块通过FPGA产生该模组所需探测器驱动信号，即驱动时序及积分信号，送至探测器驱动信号输出模块，完成将正确模组、正确同步模式的驱动时序信号及积分信号输出至探测器硬件驱动模块；上电时序控制模块通过FPGA产生符合要求的两组使能信号，这一前一后的使能信号输出至供电模块，通过供电模块完成对各模块上电时序的控制；A/D控制模块包括模组选择模块、200万A/D驱动程序模块、400万A/D驱动程序模块、800万A/D驱动程序模块和A/D驱动信号输出模块，200万A/D驱动程序模块、400万A/D驱动程序模块、800万A/D驱动程序模块分别与模组选择模块和A/D驱动信号输出模块连接，A/D驱动信号输出模块再与A/D硬件驱动模块连接，模组选择模块根据上位机指令判断当前探测器模组，输出相应使能信号至200万、400万或800万A/D驱动程序模块，接收到有效使能信号的相应模组A/D驱动程序模块通过FPGA产生该模组所需A/D芯片的寄存器配置信号及增益信号，并送至A/D驱动信号输出模块，完成将对应模组探测器工作时所需的A/D驱动信号输出至A/D硬件驱动模块。
[0006]其中200万CXD图像传感器、400万CXD图像传感器和800万CXD图像传感器采用焊盘重叠结构，从而实现了三种不同像素CCD图像传感器视频采集模块的硬件兼容性。
[0007]—种多模式兼容的彩色高清CCD前端视频采集模块的实现方法，方法步骤如下: 步骤1、开机上电，接收上位机指令，探测器控制模块中的模组-同步模式选择模块通过FPGA对当前模组及同步模式做出判断，输出对应使能信号。
[0008]步骤2、上电时序控制模块通过FPGA产生上电时序控制信号输入至供电模块的各电源芯片使能端:EN1、EN2，上电的第一步首先要对CXD图像传感器的VSUB电子快门端和ESD静电保护端提供直流偏置:用ENl控制产生此两个电压的电源芯片，待稳定后再对VCLK垂直驱动时钟直流偏置、HCLK水平驱动时钟直流偏置进行供电:用EN2控制产生这些电压的电源芯片。
[0009]步骤3、探测器控制模块中的相应模组探测器驱动程序模块使能端被置‘ I’，通过FPGA产生符合相应模组探测器工作所需的各路驱动时序信号和积分信号:水平驱动信号P5、P6、P7 ;垂直驱动信号PlB (T)?P4B (T);积分信号VSUB，这些信号通过探测器驱动信号输出模块将此组驱动信号传送至探测器硬件驱动模块；同时，A/D控制模块中的相应模组A/D驱动模块使能端被置‘ I’，通过FPGA产生A/D芯片配置信号SL、SDATA, SCK,钳位电平信号CLPOB，消隐信号PBLK，数据时钟信号DATACLK，经由A/D驱动信号输出模块传送至A/D硬件驱动模块。
[0010]步骤4、由供电模块正常稳定供电后，探测器硬件驱动模块中对步骤3产生的水平驱动信号P5、P6、P7进行驱动能力放大及驱动电平转换；同时对进入的垂直驱动信号PlB(T)?P4B (T)进行驱动能力放大及驱动电平转换；转换后的驱动信号进入CXD图像传感器，同时，A/D硬件驱动模块对步骤3产生的配置信号SL、SDATA、SCK，钳位电平信号CLP0B，消隐信号PBLK，数据时钟信号DATACLK进行驱动能力放大及驱动电平转换，转换后的信号进入A/D转换模块。
[0011]步骤5、由供电模块提供稳定电压后，CCD图像传感器接收步骤4产生的驱动信号和积分信号，正常工作，四通道输出模拟视频信号至A/D转换模块。
[0012]步骤6、由供电模块提供稳定电压后，A/D转换模块接收步骤4产生的配置信号、钳位电平信号、消隐信号和数据时钟信号，正常工作，对来自步骤5的4路模拟视频信号进行相关双采样及模-数转换，产生4路12位数字视频信号。
[0013]本发明与现有技术相比，其显著优点:(1)三种CXD图像传感器模组可兼容，200万、400万、800万模组可选，内同步、外同步模式可选；(2)所选CXD图像传感器灵敏度高、帧频快、噪声低，最高可实现64帧/秒的图像输出；(3)垂直驱动电平达到-9V到12V的范围，可实现三电平变化，水平驱动上升沿短，瞬时驱动能力大，水平驱动芯片可工作在40MHz ；(4)可实现自动曝光、自动增益功能，A/D转换芯片能工作在40MHz，增益范围:6?40dB可调控；(5)所选用芯片易操控、工作性能稳定，整个模块噪声小、功耗小，电路板尺寸小、制板成本低。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的CCD前端视频采集模块整体结构示意图。
[0015]图2是本发明的探测器控制模