基于FPGA的面陣CCD彩色圖像高速采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、工業(yè)相機(jī)對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)自動(dòng)化、模式識(shí)別、人工智能、機(jī)器視覺系統(tǒng)等領(lǐng)域具有相當(dāng)重要的研究意義，在選用工業(yè)相機(jī)的過程中不但要考慮檢測(cè)環(huán)境的具體要求和適用穩(wěn)定性，而且需要考慮其對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)合整體系統(tǒng)成本的影響。在一些需要多個(gè)相機(jī)同時(shí)采集圖像的場(chǎng)合，利用傳統(tǒng)手段需要采用多個(gè)圖像采集卡以及多臺(tái)計(jì)算機(jī)，相機(jī)數(shù)量越多，傳輸部分所需成本也大大增多。針對(duì)以上問題，本課題以小型化和經(jīng)濟(jì)化為前提，研制了一臺(tái)基于FPGA(Field-Programmable G

2、ate Array，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)的面陣CCD彩色圖像高速采集系統(tǒng)。
　　本文在介紹了國內(nèi)外工業(yè)視頻圖像采集和機(jī)器視覺領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，研究了面陣CCD傳感器的工作原理，分析了彩色圖像恢復(fù)算法的原理及其在硬件上實(shí)現(xiàn)的方法，設(shè)計(jì)出了基于FPGA的面陣CCD圖像采集系統(tǒng)。
　　本課題研究的關(guān)鍵點(diǎn)在于：1.對(duì)于面陣CCD傳感器復(fù)雜驅(qū)動(dòng)時(shí)序的研究，及其 FPGA實(shí)現(xiàn)方法；2.對(duì)前端數(shù)據(jù)的流水線緩存、傳輸和并行處理，

3、基于SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，即可編程片上系統(tǒng))的USB2.0數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的開發(fā)及與上位機(jī)的通信；3.對(duì)于 AD芯片寄存器的配置及其對(duì)圖像質(zhì)量的影響。
　　在設(shè)計(jì)過程中利用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行合理劃分，對(duì)各個(gè)功能模塊劃分及各模塊間相互協(xié)同通信都進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)，充分考慮到可編程邏輯器件并行的特點(diǎn)，注重了對(duì)代碼風(fēng)格的要求，考慮了各平臺(tái)的可移植性，盡可能提高系統(tǒng)整體性能。

4、>　　本文首先完成了系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，硬件平臺(tái)分為兩部分，一部分為 CCD圖像采集板，包括CCD芯片和CCD驅(qū)動(dòng)電路；另一部分為FPGA核心板，包括FPGA芯片、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、SDRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)模塊和USB2.0接口及其外圍電路。在硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成了邏輯設(shè)計(jì)，通過Verilog硬件描述語言實(shí)現(xiàn)，按照系統(tǒng)功能劃分為CCD驅(qū)動(dòng)模塊、A/D驅(qū)動(dòng)模塊、SDRAM緩存模塊、USB傳輸模塊、圖像算法模塊等。