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基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计

王雪松

王雪松. 基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(8): 730-735.
引用本文: 王雪松. 基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(8): 730-735.
WANG Xuesong. Design of a Laser Spot Centroid Detection System Based on NIR CMOS[J]. Infrared Technology , 2021, 43(8): 730-735.
Citation: WANG Xuesong. Design of a Laser Spot Centroid Detection System Based on NIR CMOS[J]. Infrared Technology , 2021, 43(8): 730-735.

基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计

详细信息
    作者简介:

    王雪松(1984-),男,天津人,硕士,主要从事远距离激光夜视系统研发与设计。E-mail:wangxuesong@glopro.com.cn

  • 中图分类号: TN219

Design of a Laser Spot Centroid Detection System Based on NIR CMOS

  • 摘要: 为实现在复杂背景光照条件下具有较高的光斑探测灵敏度,高精度的坐标计算,及大于1000 fps的结果输出速度,介绍了一种基于近红外CMOS图像传感器,实时计算光斑质心坐标并输出的系统。设计使用安森美半导体公司的Python1300系列近红外图像传感器NOIP1FN1300A对激光光斑成像。利用Cyclone4系列低功耗FPGA对传感器进行驱动和解串,应用可靠的质心算法实时计算光斑坐标。结果输出部分分别采用USB2.0和RS422接口实时输出目标图像和质心坐标。该设计最终具有1500 fps的实时处理能力,软件代码简洁,质心坐标计算精确,系统功耗低等优点。
  • 图  1  硬件系统框图

    Figure  1.  Block diagram of hardware system

    图  2  LT1763应用电路

    Figure  2.  Application circuit of LT1763

    图  3  FPGA编程流程图

    Figure  3.  The flow chart of FPGA algorithm

    图  4  传感器上电时序

    Figure  4.  Power up sequence of sensor

    图  5  传感器状态码输出

    Figure  5.  Sync code output of sensor

    图  6  复杂背景灰度图

    Figure  6.  Gray scale in complex background

    图  7  光斑成像效果

    Figure  7.  Image of spot

    图  8  左下角光斑

    Figure  8.  Spot in the lower left corner of the image

    表  1  NOIP1FN1300A传感器性能

    Table  1.   Performance of NOIP1FN1300A sensor

    Resolution 1280×1024
    Pixel size 4.8μm×4.8μm
    Frame rate

    210/165fps@SXGA(ZROT/NROT)
    815/545fps@VGA(ZROT/NROT)
    Analog-to-digital converter(ADC) 10-bit
    Configuration interface SPI
    Output format 4 LVDS data channels
    Power supply 3.3V and 1.8V
    Dark temporal noise < 9e-(Normal ROT,1× gain)
    Dark signal 5e-/s,0.5LSB10/s @20℃
    Clock rate

    Master clock 72MHz Max
    LVDS clock 360MHz Max
    LVDS data rate 720Mbps Max
    下载: 导出CSV

    表  2  坐标输出结果

    Table  2.   Coordinate output

    X-axis Y-axis
    1 1196.36 147.12
    2 1196.36 147.13
    3 1196.36 147.12
    4 1196.35 147.12
    5 1196.36 147.12
    6 1196.35 147.13
    7 1196.35 147.13
    8 1196.35 147.12
    9 1196.36 147.13
    10 1196.36 147.12
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-17
  • 修回日期:  2021-01-19
  • 刊出日期:  2021-08-20

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    《红外技术》编辑部

    2021-06-16