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高清高帧相机在工业监控、图像识别、非接触测量等领域有着广泛的应用,其采集图像的质量对后续图像处理效果有很大影响。由于原理和工艺的差别,CCD传感器的成像质量高于CMOS传感器,因此CCD相机的需求越来越大。针对这种现状,本文采用KAI-01050图像传感器和USB3.0传输通道,设计了一款高清高帧的CCD相机。系统的硬件设计分为图像采集模块和数据传输模块两部分。图像采集模块使用C8051F921单片机配置AD9920A芯片内部寄存器,产生CCD所需的行、场驱动信号,通过OPA690运算放大电路对行信号进行电平转换,以满足传感器的要求,再将信号输入CCD传感器,驱动其采集图像；数据传输模块以FPGA为主控器,实现图像数据的缓存、上传以及相机参数的下发,采用Cypress公司的CYUSB3014芯片实现USB3.0传输协议,接收FPGA发来的图像数据并转发到上位机。系统的软件设计分为四部分：AD9920A配置程序,负责产生CCD传感器需要的行、场驱动信号,并将传感器采集到的模拟图像进行放大和相关双采样,转换为数字图像；FPGA传输控制程序,负责缓存图像数据并进行数据位宽转换,再通过状态机将数据发送到USB3.0芯片,同时负责接收上位机下发的相机参数并转发给图像采集模块的单片机；USB3.0固件程序,完成CYUSB3014芯片的GPIF Ⅱ接口配置和内部DMA数据通道的建立；上位机图像显示程序,利用MFC和多线程编程,实现USB3.0数据的接收和图像显示,同时支持CCD传感器参数的实时设定。本相机具有像素尺寸大、模拟前端采集电路精简、数据传输速率快的特点。经过测试,实现了图像的采集、传输和显示,能够在1024×1024分辨率、30f/s帧率下稳定运行,图像清晰度高。当使用四通道输出时,帧率可达120f/s。同时,相机的曝光时间、帧率、分辨率、增益等参数可以通过上位机设置,实现了设计要求。