题目：科学级CCD传感器的驱动与采集电路的设计

视频图像采集与处理技术广泛应用于科学研究、工业测量、航空航天、智能交通、医疗卫生等行业中，在国家安全、经济发展、日常生活中扮演着越来越重要的角色。随着科学不断发展进步，人们对图像质量的要求不断提高，科学级CCD图像传感器因其成像质量较高、参数适应多种科研观测领域而广泛应用在科研用相机中，基于科学级CCD图像传感器的高分辨率的视频采集与处理也成为国内外学者的研究重点。同时随着图像分辨率的提高，以往通过软件算法实现的图像处理技术已经无法满足实时性的需求。随着大规模集成电路技术的发展，基于FPGA的硬件平台为图像实时处理提供了一个高灵活性的解决方案。
本课题以基于科学级CCD的新一代国产透射电子显微镜（TEM）数字化图像采集系统研制为背景，针对一款科学级面阵CCD图像传感器，研究设计了驱动系统与图像采集系统，搭建了原理样机，并通过在硬件中实例化图像处理算法实现了实时图像处理。
本文首先根据应用背景选定ICX285AL科学级行间转移面阵CCD图像传感器，详细分析了ICX285AL的内部结构、工作原理和工作需求，结合CCD图像传感器驱动与采集电路的研究成果，设计了CCD驱动时序与驱动调制电路，保证了CCD图像传感器的正常工作；在此基础上，本文设计了基于相关双采样的图像采集系统，实现模拟视频信号到数字视频信号的转换，有效抑制了噪声，提高了图像的信噪比；之后设计了基于USB的通信系统，实现了图像数据的传输和相机控制。并在此基础上，根据TEM数字成像系统对实时图像预处理的需求，在FPGA中搭建实时图像预处理系统，用Verilog硬件描述语言实例化了Canny边缘检测算法，进行了算法优化，使算法更适合于基于FPGA的硬件平台，且具有噪声稳定性。最后本文设计了上位机软件平台，通过USB接口将采集到的图像传输到上位机进行显示、存储，以及控制电路工作参数。