基于FPGA的高速数字图像采集电路的设计

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计算机视觉因为其非接触、实时、可视化好、自动化和智能性高等特点在国民经济、科学研究及国防建设等领域得到广泛的应用。而伴随着微电子技术的发展,计算机视觉中最核心的器件CMOS图像传感器的性价比也越来越好,得到了越来越广泛的应用。如Cypress公司出产的CMOS图像传感器的分辨率能达到1280×1024,速度能达到450fps。显然,传统的图像采集方案已经不能充分发挥传感器的性能,本文综合分析了传统的图像采集系统基础之上,提出了一种基于FPGA平台和USB的高速数字图像采集方案。本文介绍了图像采集系统的应用,分析了图像采集系统的现状,比较了FPGA、DSP、ASIC三种芯片作为图像采集处理系统核心芯片的优缺点,提出了基于FPGA的图像采集处理系统的整体方案。该方案中各个外围接口的逻辑控制、芯片逻辑控制、压缩算法处理模块均由FPGA实现,然后将压缩后的数据通过USB总线与上位机通讯。在分析了图像采集系统的结构基础之上,详细讨论了图像采集系统中硬件设备和各个实现方案,包括图像传感器的选择、A/D转换器的选择,FPGA芯片的选择等,完成了图像采集部分PCB电路板的制作,分析了高速PCB设计的一些要求;完成了电源模块的设计,保证了CMOS图像传感器的正常工作。利用Verilog HDL语言在FPGA内部设计了CMOS图像传感器的时序驱动电路,图像采集模块,A/D转换芯片的控制电路,以及系统时序同步电路的模块化设计。在预处理部分,对于经A/D转换器转换后的10位数据,数据位转换的算法,并对3种不同的算法进行了分析,在FPGA内部实现了整个预处理模块。
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