基于FPGA的X射线图像采集处理系统的设计与实现

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X射线安检机已经成为地铁、汽车站、铁路和海关等人口密集交通场所出入等的必备安检设备。X射线安检机由线阵X射线图像采集传输系统与上位机组成,图像采集处理系统是X射线安检机的重要组成部分,为PC上位机提供图像数据。本论文根据国内外安检机的发展趋势,主要对X射线图像采集与传输系统进行研究,提出X射线探测系统的电路方案,并基于Altera公司的cyclone IV系列FPGA控制器实现X射线探测系统对数据实时采集处理与传输。论文通过对X射线安检机系统的组成部分特点与系统功能的分析,采用与之对应的模块化图像数据采集与传输的设计方法,其中包括探测板、采集板与数据板。针对探测板中X射线探测器方案使用由64阵列二极管组成的传感器,像素间距为1.6mm,阵列二极管采用背照式设计,具有更高的灵敏度一致性和更小的像元变化。采集板根据前端放大器特点,探究放大器类型对探测器输出信号的放大线性度,提出了采用32多通道集成电荷放大器解决方案,在保证对弱电流放大可调增益的条件下,使得各通道之间的均匀度具有一致性。根据多通道的集成电荷放大器的工作时序与输出信号范围以及性能指标,采用16bit、1Msps模数转换器采样图像数据的转化方案。根据安检机的应用场景,对数据的传输距离以及图像传输速率的理想分析,设计了千兆以太网的传输数据解决方案,保证数据传输的稳定性与精准度的同时,也增大了输出距离的上限。最后论文对整体数据采集控制时序与千兆以太网数据传输进行了功能性仿真与板级测试,仿真测试包含X射线探测系统的稳定性与逻辑控制的正确性。文本提出了多块采集板级连菊花链数据传输功能与千兆以太网数据传输,测试表明本文采用的X射线探测硬件电路方案与FPGA的时序逻辑控制,成功完成对于X射线图像数据的采集与传输,且各项指标符合X射线探测系统的应用环境。
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