为了实现 640×512分辨率的 EMCCD（Electron-Multiplying CCD）在 1×10-3 lx照度条件下 25 fps连续动态成像，设计了对应的相机。搭建了相机硬件平台，分析了 EMCCD工作时序、AFE工作时序、BT.656编码和 Camera Link编码时序。利用硬件描述语言在 FPGA中产生了相应的驱动时序。实现了 EMCCD曝光和读出控制，AFE相关双采样和光学暗电平钳位，模拟视频信号逐行变隔行和插值拉伸以及 Camera Link协议的并串转换。通过实际测量和分析，相机在模拟夜天光 1×10-3 lx照度， EMCCD增益 1000倍，镜头焦距 25mm，F1.4的条件下，能同时输出模拟视频和数字视频，成像帧率 25 fps，信噪比 21.8 dB。

为实现远距离、高可靠性传输，并减小复杂度，对Camera Link Full接口数据的HD-SDI传输显示进行了深入研究。采用FPGA作为核心处理器，考虑相机输出具有多种帧频，采取帧频检测及充分降频策略，并通过3个SRAM进行缓存以实现帧频转换，以满足HD-SDI帧频25Hz的要求。考虑到SRAM数据宽度，采取FIFO行缓存策略将Camera Link Full80输出的10 tap、80 bits图像数据转换成单通道的8 bits图像数据。最后，完成系统设计并进行实验验证。实验结果表明：系统实现了图像数据从50 Hz、100 Hz、500 Hz等多种帧频的Camera Link Full80到25帧HD-SDI接口1080i的格式转换及实时显示，且图像层次丰富，无失真。

为了对四象限探测器输出的四路信号进行同步采集传输, 本文设计了一套高分辨率、高速率的同步数据采集传输系统。该系统首先以FPGA芯片EP1C12Q240为核心, 控制模数转换芯片ADS1274采集数据, 数据经过片内FIFO缓存, 然后按Camera Link协议将数据打包为32×40大小的图像, 图像经Camera Link接口传输到PC机, 最后使用图像采集卡采集图像数据, 并利用MATLAB编写软件实现图像解码与存储。实验结果表明: 该系统实现了分辨率为24 bit、采样速率为100 kHz的4通道同步数据采集, 其有效分辨率可达18.79 bit, 数据传输稳定可靠。满足了数据采集系统高分辨率、高速率的需求, 并且该方案也可方便地移植到其他应用中, 具有较好的可扩展性。

在电晕探测系统中, 为满足高精度Camera Link接口相机的高实时视频采集、处理需要, 同时降低系统成本及复杂度, 提出了一种通过DM642的视频端口扩展Camera Link接口的方法。与一般采用FPGA作为处理前端不同, 该方法基于视频端口的原始捕获模式, 实现了在DM642上的Camera Link的直接扩展。设计了硬件电路及VP口采集驱动程序, 并采用高精度(16bit)紫外相机进行了实时采集。结果表明, 该接口可以满足采用Camera Link接口的紫外相机实时采集需求。基于该接口的高速数字图像处理系统已用于紫外探测系统信息处理中。

为红外相机设计了一套基于Camera Link的红外图像实时显示系统。 红外探测器产生的模拟信号经模数转换后, 由作为控制核心的FPGA进行处理, 然后通过光纤实现 远距离传输。接收端的FPGA将信号转换成Camera Link协议数据, 再将它们传送给上位机的图像采集板卡进行采 集和转换, 最终通过上位机软件将其实时显示出来。

为了Camera Link摄像机的小型化和集成化,设计并实现了基于FPGA的Camera Link接口的编码输出功能.输出编码分为3个步骤:首先,完成图像像素数据到Camera Link PORT的映射;其次,根据DS90CR287的数据编码要求对PORT数据和同步时钟信号进行编码;最后,通过FIFO和并串转换功能模块完成图像数据和时钟编码信号的LVDS信号输出.使用ModelSim软件,对像素时钟为40 MHz的BASE模式进行了仿真,同时在实物实验中,完成了像素时钟为40 MHz的FULL模式的实验,通过以上两方面实验验证了设计的Camera Link输出编码方案的正确性和可行性.提出的编码方案稳定可靠,可以应用于不同模式下的Camera Link编码输出,具有很高的灵活性和应用价值.

由于Camera Link相机具有接口复杂、传输距离近等局限性，设计并实现了一种基于FPGA的Camera Link转HD-SDI接口转换系统。该系统采用Altera公司的EP2S60F1020高性能FPGA完成图像数据的采集并按SMPTE 274M标准编码[为解决Camera Link相机输出数据同HD-SDI输出图像行、场时间不同的问题，采用3片SDRAM作为帧缓存模块，延迟1帧输出[编码完成的数据输出到并串转换芯片LMH0030，从而得到HD-SDI格式的视频输出。由于Camera Link相机输出数据同HD-SDI输出图像的帧频并不绝对相同，每隔708帧必须丢去一帧数据，从而导致输出时固定丢帧，但FPGA对图像的处理并不会丢帧。实验结果表明，本系统能够将Camera Link相机输出的图像数据转换成HD-SDI输出，并用采集卡采集到图像数据。

光电跟踪设备与控制舱之间图像数据和控制信息的传输对光电设备正常工作是至关重要的。为了在实验室完成对光电跟踪设备的传输系统的模拟调试,设计了图像数据和附加信息的合成信号源。本设计基于CameraLink接口的相机,以Altera公司的FPGA为核心,配合CameraLink接口电路、附加信息的串口转换电路完成硬件设计;FPGA采用两个内部DPRAM配合工作,均使用不同读写时钟,通过控制读写使能和地址变换完成图像数据和附加信息的逻辑设计。结果显示系统在外同步信号控制下,正确完成信息合成,可由图像采集卡正确采集和显示。

设计了基于Camera Link标准的高帧频多通道图像采集显示系统, 可以对高帧频多通道相机进行图像采集及实时显示。依据系统功能需求设计了系统架构, 给出了系统各个功能模块的设计方法。完成了系统软件和硬件设计, 详细介绍了针对多通道相机图像的存储和读取方法, 及VGA显示模块的程序设计方法, 并进行了高帧频图像采集显示实验。实验表明, 对于帧频为2 000 帧/s、分辨率为80×80的图像源, 该系统可以对其进行实时的采集、处理和显示, 并获得了较好的效果。