CN111031309A - 大面阵cmos图像传感器参数自动测试装置 - Google Patents

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刘春香
李宁
司国良
宁永慧
石俊霞
袁航飞
张择书
郭永飞
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    • H04N17/002—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for television cameras
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Abstract

大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置，涉及光学遥感图像成像技术领域，解决现有图像传感器测试系统均针对小面阵CMOS测试，且测试系统不完善，无法满足使用需要等问题，包括FPGA图像转换模块、图像采集卡和测试模块；CMOS图像传感器输出图像经FPGA图像转换模块进行图像格式的转换，通过图像采集卡进行图像的采集和存储，然后通过测试模块对所述CMOS图像传感器的性能指标进行实时计算和分析。本发明的测试装置的测试过程只需要测试人员提前设置好测试内容、测试参数等，测试过程全自动进行。本发明所述的自动测试装置，操作简单，运行稳定，体积小，功耗低，简单便携。

Description

大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置
技术领域
本发明涉及光学遥感图像成像技术领域，具体涉及一种大面阵CMOS图像传感器参数自动化测试装置。
背景技术
光学遥感系统的图像传感器包括CCD图像传感器和CMOS图像传感器， CCD图像传感器噪声低等优点在前几年应用较多，CMOS图像传感器具有驱动简单、功耗低、集成度高等优点，再加上近几年国产CMOS传感器技术发展迅速，目前，CMOS图像传感器选用较多。图像传感器性能的优劣直接影响系统的成像质量，而数据手册中所给出的性能指标是在特定条件下测试给出的，不能全部覆盖具体应用条件。而且，图像传感器指标测试程序繁杂，对测试条件要求苛刻，对测试人员专业知识要求较高。
随着航天遥感的迅猛发展，遥感图像的地面分辨率、视场角等技术指标越来越高，图像传感器也设计的越来越大，大面阵CMOS图像传感器成为应用主流。而目前，CMOS图像传感器测试系统，都是针对小面阵CMOS传感器的，并不能满足现有测试需求。
现有的图像传感器测试系统，包括图像采集系统、测试软件算法等，都是针对以前的小面阵CMOS的，随着航天光学遥感的快速发展，应用需求的不断提升，以及国内半导体技术的发展，图像传感器做的越来越大，指标越来越高，现有的CMOS图像传感器测试系统已经不能满足需求。
针对目前国内最先进的面阵CMOS图像传感器，像元10K*10K，帧频每秒 12帧，本发明的目的是搭建一套大面阵CMOS图像传感器测试装置，以解决现有大面阵CMOS图像传感器测试系统不完善的现状。
发明内容
本发明为解决现有图像传感器测试系统均针对小面阵CMOS测试，且测试系统不完善，无法满足使用需要等问题，提供一种大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置。
大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置，包括FPGA图像转换模块、图像采集卡和测试模块；CMOS图像传感器输出图像经FPGA图像转换模块进行图像格式的转换，通过图像采集卡进行图像的采集和存储，然后通过测试模块对所述CMOS图像传感器的性能指标进行实时计算和分析。
本发明的有益效果：
本发明所述的大面阵CMOS图像传感器，像元10K*10K，帧频每秒12帧，像元量化位数12bit。要对大面阵CMOS图像传感器进行测试，首先要能够实时无丢失采集、存储CMOS输出的图像数据，然后，利用参数自动化测试模块，对图像传感器的主要性能指标进行实时计算、分析，对测试结果进行显示和存储。整个测试过程，只需要测试人员提前设置好测试内容、测试参数等，测试过程全自动进行。
本发明所述的自动测试装置，操作简单，运行稳定，体积小，功耗低，简单便携。
附图说明
图1为本发明所述的大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置的结构框图；
图2为本发明所述的大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置中FPGA 转换板内信号原理图；
图3为本发明所述的大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置中测试模块的原理图；
图4为采用本发明所述的大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置采集的图像效果图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置，该装置包括FPGA图像转换模块、图像采集卡和测试模块；CMOS图像传感器输出图像经FPGA图像转换模块进行图像格式的转换，通过图像采集卡进行图像的采集和存储，然后通过测试模块对所述CMOS图像传感器的性能指标进行实时计算和分析。
本实施方式所述的CMOS图像传感器参数测试装置，难度最大的就是 CMOS相机输出海量数据的采集存储。数据量如下式：
10K*10K*12帧*12bit＝14.4Gb/s (1)
由公式(1)可见，图像数据吞吐率达到14.4G/s，传统的采集设备无法满足采集要求。相机在设计应用过程中，采用开窗模式，开窗大小依照具体的应用。通常开窗大小设计为5K*5K，或者4K*4K。
本实施方式中，采用双采集卡同时进行采集的方法，来解决海量数据的问题。大面阵CMOS参数自动测试装置。如图1，CMOS相机输出通过TI的 TLK2711输出图像，TLK2711，工作频率80MHz到135MHz，传输位宽16bit。 CMOS相机输出通过8片TLK2711，输出数据工作频率100MHz。图像数据输入到大面阵CMOS参数检测装置中，首先在检测装置的图像转换板FPGA内进行图像格式的转换，转换成CameraLink格式，通过两块图像采集卡，进行图像的采集、存储，然后通过测试模块，对图像传感器的主要性能指标进行实时计算、分析。
本实施方式中，所述FPGA采用Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T，其资源丰富，2160Kb的BRAM。CameraLink图像转换芯片选择DS90CR287。FPGA 转换板内信号原理图如图2所示。
CMOS相机通过8片TLK2711，以100MHz的频率传输图像数据，数据量化位数为12bit。FPGA转换板内8片TLK2711接收图像数据后，进入FPGA，在FPGA内对图像数据进行解析，识别出帧头、行头、图像数据。然后将图像数据进行RAM的缓存、数据格式的转换，将数据转换成标准CameraLink格式，通过4片DS90CR287传输，通过计算图像行消隐期足够以80MHz的速率通过 CameraLink传出。CameraLink模式采用Medium模式，通过两块采集卡传输图像。
本实施方式中，采集卡选用Matrox公司的MatroxRadienteV-CL采集卡，内存1G，这款采集卡低功耗、高性能、支持CameraLink 2.0接口标准，支持FULL 和80bit模式最高工作频率85MHz，PCIe 2.0×8接口。它支持两块采集卡同时进行采集，由于自带软件只能实时显示，单帧存储，不具备实时连续无丢失存储的功能，需要利用采集卡的软件开发包自行开发，利用VC，应用多线程编程方式，同时进行图像的采集、显示、存储，两块采集卡采集的图像分别以系统时间作为文件名，存储到两个文件夹下，这样方便图像回读，查找，计算。
本实施方式中，还包括高速磁盘阵列卡，由于硬盘的读写速度有限，不能满足高速的读写频率要求，本实施方式中通过一块PCIe接口的高速磁盘阵列卡，进行高速图像的存储。
图像采集完成后，就可以通过图像，进行CMOS图像传感器指标的检测，测试结果如表1。表1为CMOS图像传感器测试指标：
表1
Figure RE-GDA0002396872340000041
表2为本实施方式中大面阵CMOS图像传感器参数自动测试装置性能指标。
表2
Figure RE-GDA0002396872340000042
本实施方式中，所述测试模块包括信噪比测试、非均匀性测试、非线性测试、转换增益测试、暗场测试、满阱测试、读出噪声测试等7个子模块。CMOS 参数测试框图见图3。测试条件是将CMOS相机、照度可调的均匀面光源、照度计装进密封暗箱内，确保无杂光进入。CMOS相机输出图像后，调节面光源不同照度下分别成像，采集灰度图像如图4所示。经采集存储系统存储后，首先进行图像的判读和坏点剔除，确保测试结果有效。然后，设置好测试条件，将图像分别输入各个子模块，在子模块内依据各指标计算公式进行测试，最后，给出测试结果，并对结果进行分析。可以看出，采集的图像正确，图像存储连续无丢失。

Claims (7)

1.CMOS图像传感器参数自动测试装置，包括FPGA图像转换模块、图像采集卡和测试模块；其特征是：
CMOS图像传感器输出图像经FPGA图像转换模块进行图像格式的转换，通过图像采集卡进行图像的采集和存储，然后通过测试模块对所述CMOS图像传感器的性能指标进行实时计算和分析。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器参数自动测试装置，其特征在于：所述CMOS图像传感器通过8片TLK2711芯片输出图像，工作频率100MHz；所述图像经FPGA图像转换模块转换为CameraLink格式。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器参数自动测试装置，其特征在于：所述FPGA图像转换模块包括8片TLK2711芯片、FPGA以及四片CameraLink图像转换芯片；所述8片TLK2711芯片接收图像数据后进入FPGA，所述FPGA对图像数据进行解析，识别出帧头、行头和图像数据；然后将图像数据进行RAM的缓存，并通过四片CameraLink图像转换芯片输出。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器参数自动测试装置，其特征在于：所述图像采集卡为双采集卡，通过四片CameraLink图像转换芯片输出的图像中每两路通过一块图像采集卡采集输出。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器参数自动测试装置，其特征在于：所述CMOS图像传感器采用开窗模式，CMOS图像传感器输出图像数据的吞吐率如下式为：
10K*10K*12帧*12bit＝14.4Gb/s。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器参数自动测试装置，其特征在于：所述测试模块用于实现信噪比测试、非均匀性测试、非线性测试、转换增益测试、暗场测试、满阱测试以及读出噪声测试。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的CMOS图像传感器参数自动测试装置，其特征在于：还包括高速磁盘阵列卡，两块图像采集卡采集的图像数据通过PCIe接口的高速磁盘阵列卡，进行高速图像的存储。
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