工业相机对于工业设计自动化、模式识别、人工智能、机器视觉系统等领域具有相当重要的研究意义,在选用工业相机的过程中不但要考虑检测环境的具体要求和适用稳定性,而且需要考虑其对具体应用场合整体系统成本的影响。在一些需要多个相机同时采集图像的场合,利用传统手段需要采用多个图像采集卡以及多台计算机,相机数量越多,传输部分所需成本也大大增多。针对以上问题,本课题以小型化和经济化为前提,研制了一台基于FPGA(Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)的面阵CCD彩色图像高速采集系统。本文在介绍了国内外工业视频图像采集和机器视觉领域的发展现状及趋势的基础上,研究了面阵CCD传感器的工作原理,分析了彩色图像恢复算法的原理及其在硬件上实现的方法,设计出了基于FPGA的面阵CCD图像采集系统。本课题研究的关键点在于:1.对于面阵CCD传感器复杂驱动时序的研究,及其FPGA实现方法;2.对前端数据的流水线缓存、传输和并行处理,基于SOPC(System-on-a-Programmable-Chip,即可编程片上系统)的USB2.0数据传输协议的开发及与上位机的通信;3.对于AD芯片寄存器的配置及其对图像质量的影响。在设计过程中利用自顶向下的设计方法,对系统模块进行合理划分,对各个功能模块划分及各模块间相互协同通信都进行了详尽的设计,充分考虑到可编程逻辑器件并行的特点,注重了对代码风格的要求,考虑了各平台的可移植性,尽可能提高系统整体性能。本文首先完成了系统硬件平台的设计,硬件平台分为两部分,一部分为CCD图像采集板,包括CCD芯片和CCD驱动电路;另一部分为FPGA核心板,包括FPGA芯片、A/D模数转换芯片、SDRAM(同步动态随机存储器)存储模块和USB2.0接口及其外围电路。在硬件平台设计的基础上完成了逻辑设计,通过Verilog硬件描述语言实现,按照系统功能划分为CCD驱动模块、A/D驱动模块、SDRAM缓存模块、USB传输模块、图像算法模块等。课题的创新性体现在利用FPGA技术来实现CCD图像采集,使得系统设计更加模块化、小型化,同时对于不同的采集需求,FPGA也可以做出迅速的响应,大大加快了产品上市时间,据我所知,这样的方法在国内未见报道。