基于ddr3的cmos高速图像采集系统的fpga设计与实现

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1、基于DDR3的CMOS高速图像采集系统的FPGA设计与实现-->第1章绪论1.1研究目的与意义由于人类社会的发展和科技水平的进一步提高，我们的生活越来越数字化，其中数字图像采集系统扮演了非常重要的角色。数字图像采集是指将真实世界中的模拟图像经过图像传感器转换成数字图像后，再经过计算机的传输处理，最终显示出来的过程。例如最贴近生活的照相机、医疗成像、视频通话、卫星地图等等[1]，让我们足不出户就可以看到几千公里以外的世界，方便了人们日常生活，所以对高速稳定图像采集系统的设计研究具有重要的理论意义和实际意义。..............

2、.1.2国内外研究现状和发展趋势由于西方发达国家的科技水平比较先进，而且他们很早就已经开始了对图像采集系统的研究，在理论方面和实际产品中具有较为丰富的经验和研究成果。尤其是在工业、军事、宇航等方面具有广泛应用的高帧频相机数据采集方面，国外的公司一直处于世界领先地位[7]。美国VR公司研发的PhantomV642型号高速摄像机，它的最高分辨率为2560×1600，每秒的最高拍摄帧频能够达到1450帧；普通1280×1024分辨率下，拍摄帧频高达3780帧/秒。在高速数据采集方面，德国Spectrum公司最新推出的的M4i系列高速数据采

3、集卡，可实现高达5GS/s的采样率，并且支持32通道同步采集[8]。...............第2章CMOS图像采集系统相关技术介绍2.1CMOS图像传感器简介CMOS(plementaryMetal-Oxide-Semiconductor)互补金属氧化物半导体图像传感器是使用制造集成电路常用的CMOS工艺，将像素阵列单元、放大电路、模数转换器、时序控制逻辑、信号处理单元和外部接口单元这些功能模块全部集成在一片芯片上，从而实现图像采集的功能。CMOS图像传感器集合了集成度高、成本低、功耗低等优点[12]，具有较广的应用范围。目前

4、，市场上主流的图像传感器有电荷耦合元件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体元件(CMOS)两种[13]。CCD图像传感器发明至今已经具有近50年的历史，是应用在摄影摄像方面的高端技术元件,具有成像质量高、低噪声等优点，然而CCD图像传感器的缺点是需要的功耗大、生产成本高、不易集成[14]。CMOS图像传感器发明之初就带有低功耗、易于集成、低成本、更容易与其他芯片整合等特点，但由于它对制作技术的要求较高，当时的科技水平还不能制作出具有高性能的传感器芯片，因此没有得到广泛应用[15]。近年来，半导体集成电路技术和其制作工艺在飞速发展，

5、CMOS图像传感器在噪声抑制和成像质量方面的性能越来越好，近年来在数字成像领域已经获得普遍应用[16]。...............2.2DDR3SDRAM内存介绍DDR3SDRAM(3rdDoubleDateRateSynchronousDynamicRandomAccessMemory)是第三代双倍速率同步动态随机存储器的缩写，其中双倍速率是指DDR3SDRAM可以经由时钟的上升沿和下降沿同时接收与发送数据，使得在相同的时钟周期之间获得较高的速率。DDR3SDRAM与前两代内存芯片相比，具有更高的工作频率、更快的存取速度和更低

6、的功耗[28]，逐渐获得了广泛的应用。DDR3SDRAM的内部分为Bank（体）、Ron（列）三种结构，每个芯片内部由很多小内存单元组成，其中任意内存元素都通过行地址线和列地址线连接起来，从而形成存储阵列结构。...............第3章图像采集系统的FPGA设计...............193.1图像采集系统的器件选择................193.2图像采集系统FPGA设计的总体结构................20第4章图像采集系统硬件验证...............414.1图像采集系统的硬件组成..

7、..............414.2图像采集系统的硬件测试...............42第4章图像采集系统硬件验证4.1图像采集系统的硬件组成本文的图像采集系统有三个部分：上位机软件、系统硬件开发板与CMOS图像传感器芯片。上位机软件与系统硬件开发板之间的通信使用CameraLink接口：上位机通过CameraLink接口的两对串行通信信号SerTFG和SerTC向系统硬件开发板发送数据采集命令和具体的工作参数，系统硬件开发板使用相同的方式返回操作结果；系统硬件开发板经由CameraLink接口的四对LVDS差分数据信号和一对

8、LVDS时钟信号将图像信息传输至上位机。图像传感器和FPGA芯片相互的通信使用spi接口和lvds差分对完成：FPGA使用spi总线设置GMAX0504芯片的工作模式和发送数据采集命令；GMAX0504芯片通过内置的40对LVDS差分