基于fpga的高速数字图像采集电路的设计

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1、工学硕士学位论文基于FPGA的高速数字图像采集电路的设计何雷哈尔滨工业大学2007年7月图书分类号：TP274.2U.D.C.:681.5工学硕士学位论文基于FPGA的高速数字图像采集电路的设计硕士研究生：何雷导师：丁振良教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP274.2U.D.C.:681.5AThesisfortheDegreeofM.Eng.DESIGNMENTOFHIGHSPEEDDIGITALIMAGEACQUISITIONCIRCUITBASEDONF

2、PGACandidate：HeLeiSupervisor：Prof.DingZhenliangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：InstrumentalScienceandTechnologyDateofOralExamination：July,2007University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要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

3、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

4、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VerilogHDL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

5、。关键词图像采集；CMOS图像传感器；FPGA；LVDS-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractComputervisionismoreandmoreusedinvariousfieldsbecauseofitsnon- contactreal-timevisibleautomaticandintellectual.Accompanythedevelopment ofthemicro-electronic,suchastheimagesensorLUPA1300designedby CypressCompanywhichresolutionandspeedhasachieved1

6、280by1024and 450fps,theperformanceofCMOSimagesensorisbetterandbetterandthesenor isusedmoreandmore.Obviously,thetraditionalimageacquisitionsystemisnot capable.Inthisdissertation,itisdesignedahighspeedreal-timeimage acquisitionbasedonFPGAandUSB.Inthisdissertation,itisintroducedtheapplicationoftheimag

7、eacquisition systemandthestatusquo,comparedtheacquisitionsystemswhicharebasedon DSP,FPGA,ASIC,designedasystembasedonFPGA.Inthissystem,allthe peripheryinterfacesandchip’slogiccontrol,compressionarithmeticis