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作为机器视觉的重要组成部分,工业相机具有长持续工作时间、高图像稳定性、高抗干扰能力等特性,将在工业4.0时代发挥重要的作用。为此,设计开发具有自主知识产权的工业相机产品对我国自动化工业技术的发展具有重要意义。论文在介绍机器视觉技术和工业相机技术的基础上,给出了所开发工业相机系统的技术指标,并进行了系统框架设计。整个工业相机系统利用CMOS传感器捕捉图像数据,采用基于FPGA的主控模块完成对图像数据的格式转换、白平衡处理等操作,并控制两块DDR2芯片实现数据的乒乓缓存,系统选择USB3.0接口实现图像数据传输,最终采集的图像在PC端上位机软件界面上进行显示。论文重点实现了基于FPGA的CMOS控制器和DDR2乒乓缓存控制器。CMOS控制器通过USB接口接收来自上位机的用户指令信息,包括读写标志、寄存器地址以及写入参数值。CMOS控制器根据约定好的上下层协议,对接收的数据完成相应的校验与解析。提取出数据后,CMOS控制器通过内部状态机控制I2C总线将所需操作的寄存器地址和需要写入的参数值发送给CMOS芯片。同时控制器通过USB3.0接口将I2C总线读取到的CMOS寄存器参数信息传输至PC端。DDR2乒乓缓存控制器接收图像传感器发送过来的帧状态信号与像素数据信息,通过IP核控制,将数据信号与控制信号发送给DDR2芯片,最后输出从缓存中读出的图像数据信息以及与之同步的通过模拟扫描重现的帧状态信号。整个缓存控制设计由数据写入、数据读出和DDR2 IP核控制总共三个模块组成。论文最后给出所设计的各模块的综合报告,并以实验室自主设计的工业相机电路板作为硬件平台,对所设计的CMOS控制器和DDR2乒乓缓存控制器进行了性能测试。测试结果表明,所设计的CMOS控制器和DDR2乒乓缓存控制器满足系统需求,整个工业相机系统图像数据输出稳定,画面清晰,色彩正常,在5百万像素分辨率下实现每秒12帧图像的采集。