随着电子技术和多媒体技术的高速发展,微型化和专业化的图像通信产品被广泛需求,尤其在消费电子、网络通信、视频监控、工业控制等领域。图像采集作为整个图像处理系统的基础,其性能的优劣对整个图像处理系统的影响尤为重要,很多实时性强、处理速度快、存储容量大的图像处理系统,对图像采集系统性能的要求十分严格,甚至要求图像采集系统具有一定的图像预处理能力。因此,目前迫切需要对高性能图像采集系统进行深入的研究。针对当前图像采集系统的发展需求,本文提出一种基于FPGA和Cortex-M4的图像采集系统。由FPGA作为图像采集系统的主控芯片,通过在FPGA内部构建OV7670控制器、SDRAM控制器和VGA控制器,分别完成图像数据的采集、存储和显示;由Cortex-M4处理器作为图像采集系统的辅助处理芯片,通过控制以太网模块和上位机连接,实现图像数据的对外传输;同时Cortex-M4处理器负责整个系统的扩展,实现各种通信协议和小容量存储等功能。本系统主要包括OV7670图像传感器模块、SDRAM存储器模块、VGA显示模块、以太网传输模块以及由FPGA和Cortex-M4组成的主控模块。使用OV7670图像传感器获取图像数据,提高系统的集成度;采用SDRAM存储器作为系统的存储单元,实现图像数据的高速度、大容量存储;选用应用广泛的VGA标准作为显示接口,增强系统的易用性和人机交互能力;由FPGA对各个功能模块进行控制,可根据不同的要求进行重构性设计,提高系统的扩展性;采用W5300以太网控制芯片实现系统的以太网接口功能,由Cortex-M4处理器对以太网传输模块进行控制,实现图像数据的以太网传输。本文分别对系统的主控模块和功能模块进行设计,重点对FPGA内部的各种控制器进行设计,由各个控制器分别控制对应的功能模块,实现相应的功能。OV7670控制器通过SCCB协议对OV7670图像传感器的内部寄存器进行配置,实现原始图像数据的获取;SDRAM控制器通过产生SDRAM存储器的读写时序,实现图像数据的存储;VGA控制器通过产生VGA显示时序,驱动VGA显示器正常工作,并通过控制图像数据的读取,实现图像数据的VGA显示;FSMC接口控制模块通过对FSMC总线进行解析,实现图像数据在FPGA和Cortex-M4处理器之间的传输。本系统集图像数据的获取、采集、存储、处理、显示和传输于一体,图像数据的显示分辨率为640×480×60Hz,最高采集速度为30fps,存储容量为64Mbits。本设计具有实时性强、处理速度快、扩展能力好等优点,可适用于不同要求的图像采集领域,并为高性能图像处理系统的进一步研究提供了基础。