基于DSP的數碼望遠相機的研究與設計

近年來，隨著半導體制造技術的發展和計算機體系結構等方面的改進，數字信號處理技術得到了迅速的發展和運用，DSP芯片的功能越來越強大，數字信號處理已成為信號處理技術的主流。結合光學儀器向光、機、電、算一體化和智能化現代光學儀器發展的趨勢，設計了一款基于高性能DSP芯片的同步可調式雙筒望遠數碼相機。

1 設計的基本思路與基本原理
望遠數碼相機的數碼照相系統與望遠系統相對獨立，分立采光，按照望遠物鏡與數碼照相鏡頭的入瞳直徑相匹配的原則，設計計算出數碼鏡頭與望遠鏡對3 m～無窮遠目標進行成像的離焦對應曲線，采用中調手輪轉動帶動望遠鏡和數碼鏡頭實現同步調焦，使遠方同一景物目標通過望遠物鏡和數碼鏡頭的成像同時同步清晰，使望遠鏡真正成為數碼相機的光學取景器，再通過數碼鏡頭像面位置處的CMOS影像傳感器實現觀察目標圖像信息的獲取、存儲、壓縮以及數字圖像的轉換、顯示和傳輸過程。

2 數碼成像系統的設計與研究
根據要求，采用了基于高性能DSP芯片的數字圖像信號處理技術，以實現對實時圖像信息的獲取、存儲、轉換和數字圖像的傳輸與顯示。選擇美國德州儀器公司(TI)的高性能多媒體處理芯片TMS320DM642作為主處理器； SDRAM選用Micron公司T48LC4M32B-6；視頻采集芯片則是Micron的300萬像素的CMOS圖像傳感器MT9T001；采用高效、穩定、可靠的嵌入式計算平臺，數碼照像系統結構框圖如圖1所示。

由于CMOS APS圖像傳感器在價格、性能和功耗等各方面都優于CCD圖像傳感器，而且集成了很多圖像處理功能，因此在本系統的視頻采集模塊設計中，選用了Micron公司生產的CMOS APS圖像傳感器芯片MT9T001。
MT9T001是一款OxGA格式(有效像素為2 048×1 536)的CMOS數字圖像傳感器。芯片上集成了模擬及數字自動增益調整、電平偏置調整，以及視窗大小切換、行列調整和閃光模式等功能，這些功能都可通過 I2C總線接口進行編程控制。該傳感器可以工作在默認模式或者通過寄存器編程設置的用戶模式。默認模式將以12幀／s的速度輸出QxGA格式圖像。芯片上的APC轉換器為每個像素提供10 b的數據流，并伴隨有行、場同步信號輸出。