EMCCD自适应增益控制芯片
一、功能概述
此芯片对EMCCD输出图像的不均匀性进行校正以及实现EMCCD增益的自适应控制,最后对校正完的图像进行拼接,拼接后的图像大小为4096*4096,拼接后数据以单路形式输出。主要模块包括:非均匀性校正模块、自适应增益控制模块和接缝平滑模块
。芯片结构如下图所示:
1、本帧接缝平滑系数为上一帧计算结果,上电初始情况下接缝系数为1。
2、第一帧图像数据到来,内部控制逻辑从输入FIFO中读取数据进行非均匀性校正,接缝平滑的计算,并通过SDRAM控制器将数据写入SDRAM1中,写入时间为192ms。
3、第二帧数据来到时,数据进行非均匀性校正,接缝平滑计算,通过SDRAM控制器写入SDRAM2中,同时SDRAM1开始读出数据,通过输出模块规整为输出时序
。
4、 第三帧数据通过计算后,写入SDRAM1中,同时SDRAM2读出数据。
5、不断重复以上循环。
6、将每个通道非均匀性校正后的平均值计算后存到8个寄存器中,通过SPI读出。
7、两点校正的系数从外部通过SPI读入,写入寄存器中。
8、芯片满足图像处理的最低工作频率为90MHz,最终流片拟工作在100MHz。
二、接口说明
三、 输入输出时序说明
3.1 SPI总线输入输出时序
通过SPI总线实现对片内寄存器的配置:
1)通过SPI从机模式00(时钟<=4MHz)输出片内寄存器的8个通道的平均值(平均值位宽为16位,16*8=128bit),SPI的读命令参数位A5
.
2)通过SPI从机模式00(时钟<=4MHz)配置片内寄存器设置两点校正系数(每个通道两个配置系数,每个寄存器16位,16个寄存器,总共256位),SPI写的命令参数为5A。(说明,未配置时,增益系数为1,偏置系数为0)
3.2图像输入时序
图像输入时序如图3.2所示,其中FrameSync 为场同步信号,LineSync为行同步信号,DATA为16bit
的图像信号。数据输入格式为8通道并行输入
,每个通道传输2048行 * 1024列* 16bit数据,合计传输的像素数据总量为4096 * 4096 * 16bit。
输入时钟为15MHz。输入数据先输入FIFO中进行缓存,FIFO的输出时钟为100MHz的片内时钟。
- T0为状态转移时间,大约为35ms
- T1为EMCCD数据读出时间,场同步信号在此期间为有效高电平时间
- T2为多余空闲转移时间,通过调节T2时间使帧频不大于3fs
- T3为行同步周期(高电平期间传输某一行,低电平无效)
- T4为行有效时间(1024个传输时钟周期),数据在此期间有效
3.3图像输出时序
图像输出时序如图3.4所示,其中VSYNC_OUT为场同步信号,HSYNC_OUT为行同步信号,DATA_OUT为16bit图像信号,单个通道进行数据传输,输出格式为4096行 * 4096列 * 16bit
。
- 时钟CLK_OUT为60MHZ
- HBLANK为512CLK
- HSIZE为4096CLK
- VSIZE为(4096+512)*4096+512=18874880CLK
- VBLANK为14458453CLK
- DATA_OUT为16位,一次传输4096个数据
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