摘要：基于彩色面陣CCD傳感器設計的高速實時圖像采集系統，以信號處理芯片CXD3172AR為核心，可實現輸出標準PAL／NTSC格式的視頻信號，具有自動白平衡、自動曝光、缺陷補償等功能，并構建優化的模擬前端電路(包括相關雙采樣和自動增益控制)大幅度提高了采集數據的信噪比。根據DSP芯片具有參數化控制的特點，通過單片機實現與DSP的特殊通訊傳輸協議來配置DSP參數，并使用外部開關控制完成各種信號處理功能。通過仿真調試，該電路很好地實現了圖像采集和控制功能。
關鍵詞：單片機；CCD；可控化；圖像采集

0 引言
光學成像系統是將光學信息轉化為人們更易處理的電子信息的重要工具，特別對于智能監控、醫學診斷及消費電子領域，其重要性就更大。隨著成像系統功能的復雜化，攝像機的便攜易控性成了設計中需考慮的重要要素。自從1969年Willard S．Boyle和George E．Smith發明電荷耦合器(CCD)以來，它一直就是光學成像系統的首選傳感器。相對于目前發展快速CMOS圖像傳感器，它仍然具備噪聲低，動態范圍高的優點。而CCD的模擬前端決定了采集信號的質量，對整個系統信噪比有著決定性的影響，因此對它的噪聲抑制是設計中的重點。完成各種圖像處理功能的模塊是成像系統的核心，針對低照度視頻信號成像的設計要求，采用專業信號處理芯片進行各種處理，通過單片機(MCU)對信號處理芯片(DSP)進行參數配置，以完成各種復雜運算功能的控制，簡化了系統的邏輯設計，使其具有良好的可控性。

1 系統組成
該系統由CCD、模擬前端AFE(包括相關雙采樣CDS和自動增益控制AGC)、信號處理模塊、微處理器模塊以及模擬數字輸出模塊等組成。系統框圖如圖1所示。

圖中CCD傳感器是整個系統的基礎，外部光學信號通過光電轉換才能進行各種處理。傳感器輸出模擬信號將經前端放大，以差分輸入的方式進入AFE，然后通過一系列模擬信號的降噪放大處理(CDS，AGC)，進入信號處理模塊進行各種運算處理。信號處理模塊是連接CCD輸出和后端通用設備的橋梁，專業信號處理芯片提供了大量視頻處理運算功能和多種視頻輸出格式，為后續處理帶來了方便。通過DSP的各種處理，得到設計要求的色度、亮度和飽和度圖像，最后輸出與終端格式兼容的模擬或者數字信號。模擬輸出可以直接與監視器相連，數字輸出可以通過FPGA，ASIC等器件與VGA，DVI接口顯示器相連。