光学图像稳定系统中陀螺信号接收子系统的研究

论文摘要

即使对于专业的摄影师来说,摄取一幅清晰、锐利的图像也是一项挑战。运动、感光度以及长焦镜头的使用都将影响到画质的清晰度。在实际使用中,如果不使用三脚架,图像很可能由于抖动而变得模糊不清。当摄像者的手不稳定时,摄像机镜头会随着机身一起偏转,从而导致焦面上的图像产生模糊。为了解决这一问题,相机防抖技术,也称为图像稳定技术便被开发了出来。光学防抖是利用相机内的陀螺仪检测镜头光轴的偏转程度,然后通过微处理器计算,再驱动补偿光学系统进行抖动补偿,最终达到防止或减弱抖动的目的。陀螺信号接收和处理电路是光学图像稳定系统的关键组成部分,陀螺信号的提取最终决定了图像稳定的精度。本文首先讨论了图像稳定原理和光学图像稳定系统的结构与功能,设计了陀螺信号接收和处理系统,主要工作如下:1.根据手部震颤的特性,讨论了由此引起的相机运动的特性。接下来对光学图像稳定技术进行了探讨,在参照国外相机防抖方案的基础上,本文提出了陀螺信号接收与处理系统的软硬件方案。2.利用小波变换擅长处理非平稳信号的特点,使用小波降噪处理陀螺信号。介绍了小波变换的基本理论和Mallat算法,通过Matlab仿真讨论了各种小波降噪方法的优劣,最终选择非线性小波阈值降噪法进行处理。根据系统的实时性要求,对算法进行改进并讨论了实时算法实现过程中的几个关键问题。3.介绍了基于DSP的陀螺信号接收与处理方案,该方案以C6713B为处理核心,分为陀螺传感器、信号调理模块、AD采集模块、信号处理模块及电源管理模块。本文对每一模块的工作原理、功能和设计进行了详细的介绍。4.本文在CCS集成开发环境中,利用C语言编程,完成了陀螺信号的非线性小波阈值降噪处理和CCD补偿位移量的计算。本文针对每一部分设计给出了相应的综合后仿真结果。5.在完成所有设计之后,本文对软硬件系统进行了整体调试,验证了电路软硬件设计的可行性和准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 光学图像防抖技术的发展与现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 陀螺信号接收与处理系统方案
• 2.1 光学图像稳定
• 2.1.1 手部震颤
• 2.1.2 相机映射
• 2.1.3 相机基本运动方式
• 2.1.4 相机运动产生的光流
• 2.2 系统方案的设计
• 2.2.1 光学图像稳定系统
• 2.2.2 陀螺信号接收与处理系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 陀螺信号准实时处理
• 3.1 小波变换理论基础
• 3.1.1 连续小波变换（CWT）
• 3.1.2 离散小波变换（DWT）
• 3.1.3 多分辨率分析（MRA）
• 3.1.4 Mallat 算法
• 3.2 小波准实时降噪方法
• 3.2.1 小波降噪方法
• 3.2.2 小波降噪方法仿真比较
• 3.2.3 准实时降噪算法介绍
• 3.2.4 准实时降噪算法分析
• 3.2.5 对于准实时小波降噪算法的改进
• 3.3 本章小结
• 第四章 陀螺信号接收电路的硬件设计
• 4.1 整体设计方案
• 4.2 传感器探头
• 4.3 信号调理模块设计
• 4.3.1 放大电路设计
• 4.3.2 滤波电路设计
• 4.3.3 ADC 输入缓冲模块设计
• 4.4 AD 采集模块设计
• 4.5 信号处理模块设计
• 4.5.1 TMS320C6713B 芯片介绍
• 4.5.2 基于6713B 的数据处理平台
• 4.5.3 DSPs 系统资源分配
• 4.6 电源管理模块
• 4.7 硬件电路的PCB 设计
• 4.7.1 电路抗干扰措施
• 4.7.2 陀螺信号接收与处理电路PCB 版图设计
• 4.8 本章小结
• 第五章 陀螺信号接收与处理系统软件设计
• 5.1 DSPs 软件开发
• 5.1.1 软件开发流程
• 5.1.2 开发环境
• 5.2 系统软件框架
• 5.2.1 小波分层MALLAT 算法
• 5.2.2 补偿位移量计算程序
• 5.2.3 系统中小波去噪算法仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 系统调试及试验结果
• 6.1 TMS320C6713B 仿真
• 6.2 系统调试
• 6.2.1 硬件调试总结
• 6.2.2 软件调试总结
• 6.3 试验验证
• 6.3.1 陀螺信号采集与调理实验
• 6.3.2 系统整体实验
• 6.3.3 误差分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 工作总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢