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传统的CMOS图像传感器受到工艺的限制,在速度、分辨率、动态范围和读出噪声等方面存在着一些不足,而新型的科学级CMOS图像传感器采用全新的集成电路制造工艺,在这些方面都具有较好的改进和提升,为高性能图像采集系统的发展提供了新的方向。目前,已成为军工、航空遥感和医疗等领域不可缺少的研究工具。本文以Fairchild公司科学级CMOS图像传感器CIS2521为核心,设计了一套高性能、小型化、低功耗的图像采集系统,本文所做的主要工作有:首先,本文对系统的总体方案进行了设计,通过对采集、控制、数据缓存和数据传输等关键模块的分析完成了各个器件的选型工作,确立了sCMOS图像传感器+FPGA控制芯片+DDR2 SDRAM高速缓存芯片+Camera Link高速传输接口的系统设计方案;然后,在对硬件电路分析的基础上确立了系统硬件设计方案并给出了具体的硬件电路原理图;基于硬件电路设计了FPGA驱动软件程序,能够完成CMOS图像传感器的上电控制、时钟管理、寄存器配置等功能,能够驱动CMOS图像传感器正常工作并输出图像数据。最后,实现了图像数据的实时在线处理,数据处理模块将Gray码转换为二进制数,实现了暗电流消除和图像传感器的非均匀校正,采用三点二阶多项式拟合算法校正图像非均匀性,相比于传统的两点校正方法具有更高的精度。本文所设计的图像采集系统最大分辨率为2560*2160,在Rolling Shutter模式下可以帧频可以达到87fps,最大传输速率能够达到630MBps,经过成像测试表明,所设计的高性能图像传感器系统能够实现图像传感器的正常工作。