CCD-kameran suunnittelu

Abstract

Tässä opinnäytetyössä suunniteltiin CCD-teknologiaan perustuva digitaalikamera, jonka tarkoituksena oli toimia osana kehitteillä olevaa soluanalysaattoria. Uuden kameran suunnitteluun päädyttiin, koska tarkoitukseen sopivaa kameraa ei löydetty valmiina tuotteena. Lisäksi yrityksen itse suunnittelema kamera oli helpompi sulauttaa osaksi soluanalysaattoria. Työssä perehdyttiin CCD-kennojen toimintaan ja ominaisuuksiin sekä sen ohjaukseen tarvittavaan elektroniikkaan. Työssä keskityttiin erityisesti CCD-kennon tarvitsemiin ohjaussignaaleihin ja CCD-kennon tuottaman analogisen signaalin digitointiin. Lisäksi pohdittiin, miten digitoitu kuvadata käsitellään, tallennetaan ja ohjataan eteenpäin analysointia varten. Suunnitelma tehtiin lohkokaaviotasolla. Siinä selvitettiin kameran toimintaan tarvittavat osat ja valittiin sopivat komponentit. Kameran CCD-kennona käytettiin Truesense imagingin tuottama KAI-04022, joka täytti kaikki sille asetetut vaatimukset. Ohjaimeksi kameralle valittiin FPGA-piiri, jonka tarkoituksena oli tuottaa CCD:n tarvitsemat kellosignaalit sekä ohjata AD-muunnosta ja muistipiirejä. Valittujen komponenttien ja kytkentäkaavion avulla voidaan helposti rakentaa CCD-teknologiaan perustuva kamera. Työ pohjautui suureksi osaksi yhteen kennoon ja käyttötarkoitukseen, mutta sitä voidaan käyttää referenssinä muihinkin CCD-teknologiaan perustuviin laitteisiin.

This bachelor’s thesis purpose is research and design a camera based on CCD technology. The camera is designed for new cell analyzer that was under development. Reason for new design was to help embedding the camera to the analyzer. Main research of this thesis focuses on properties and operational principles of CCD devices and necessary electronics for functional camera. On electronics side focus is on control signals needed for imaging and digitalizing the analog signal produced form the CCD device. Research is also conducted on digital side of camera. Mainly on processing, storing and forwarding the digital image data. The design is made on block diagram level. It encompasses all necessary parts for fully functional camera. Suitable components are selected for the design. The imaging chip used is Truesense imaging’s KAI-04022 and for controlling the camera an FPGA was selected. FPGA’s main functions are controlling CCD’s clock signals and AD converter. It is also used to control data flow between AD converter, memory and external interface. Using selected components and schematic it is easy to build camera based on CCD technology. Work can also be used as basic reference when designing a camera for different purpose or using different component. Even though specific components were used in proposed design, most concepts are universal.