基于FPGA的工業(yè)相機(jī)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、碩士專業(yè)學(xué)位論文論文題目基于FPGA的工業(yè)相機(jī)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究生姓名衡杰指導(dǎo)教師姓名胡劍凌專業(yè)名稱電子與通信工程研究方向數(shù)字電路設(shè)計(jì)論文提交日期2013年04月基于FPGA的工業(yè)相機(jī)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中文摘要I基于FPGA的工業(yè)相機(jī)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中文摘要近年來，機(jī)器視覺已經(jīng)發(fā)展成為光電子的一個應(yīng)用分支，廣泛應(yīng)用于微電子、PCB生產(chǎn)、自動駕駛、印刷、科學(xué)研究和軍事等領(lǐng)域。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，圖像信號的采集與處理是機(jī)器視覺的基礎(chǔ)與核心，而

2、圖像采集的工具就是工業(yè)相機(jī)，選擇合適的工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。論文首先綜述了工業(yè)相機(jī)背景意義與發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上通過對工業(yè)相機(jī)的性能需求分析，論文設(shè)計(jì)了由圖像傳感器接口模塊、主處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸與通信接口模塊、存儲模塊、電源和時鐘模塊等構(gòu)成的系統(tǒng)方案。為實(shí)現(xiàn)高分辨率高幀率的圖像采集、處理和傳輸，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中選擇Xilinx公司的高性能FPGA芯片Spartan6作為主處理器、USB3.0作為圖像數(shù)據(jù)傳輸與通信接口，并

3、進(jìn)一步給出了系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計(jì)。在所設(shè)計(jì)的硬件平臺上，論文根據(jù)主處理器模塊所需要實(shí)現(xiàn)的功能對主控FPGA內(nèi)部采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方法。首先設(shè)計(jì)了FPGA頂層框圖，并進(jìn)行了功能子模塊劃分，包括CMOS控制模塊、DDR接口模塊、USB通信接口模塊、色彩空間轉(zhuǎn)換模塊、白平衡處理模塊、Gamma矯正和增益控制模塊等。隨后論文設(shè)計(jì)了各子模塊間的數(shù)據(jù)傳遞方案及各子模塊的外部接口。在此基礎(chǔ)上論文對各子模塊的內(nèi)部功能邏輯進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)。論文重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了F

4、PGA內(nèi)部的白平衡處理子模塊和色彩空間轉(zhuǎn)換子模塊，其中的色彩空間轉(zhuǎn)換子模塊實(shí)現(xiàn)了Gamma校正、BayerRGB到RGB的轉(zhuǎn)換、RGB到Y(jié)UV的轉(zhuǎn)換以及不同YUV之間的轉(zhuǎn)換功能。論文設(shè)計(jì)了基于FDFIFO雙線性插值法的BayerRGB到RGB轉(zhuǎn)換、基于查表法的Gamma校正、基于采樣控制法的YUV到Y(jié)UV轉(zhuǎn)換、基于灰度世界法的白平衡處理。各IP設(shè)計(jì)中遵循了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)部進(jìn)程狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)、時序邏輯設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、功能仿真的流程，論文最后對各