图像采集系统软件设计研究

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1、图像采集系统软件设计研究图像采集系统软件设计研究1引言　　随着科学技术的飞速发展，人们对跟踪运动物体的实时性以及清晰度的要求越来越高。比方说人们需要知道运动员在运动过程中的图像信息，便于分析运动员的动作细节，就要得到运动员在运动过程中清晰图像。这些都要求有获取飞行物体的图像信息的工具，于是各种各样的图像采集系统诞生了[1]。　　提出了一种基于FPGA的图像采集系统软件设计方案，可以清晰的拍摄物体在运动中的图像信息，而且该系统可以应用在特殊的场合，区别于其它同类图像采集系统。由于本系统是针对某些具体的应用场合，所以大大节约了成本，不必花高成本从

2、国外购买可以实现相同功能的同类产品，同时也提高了该产品保密性。　　国外在图像应用方面的研究工作开展较早，尤其在图像传感技术和相机的研究和图像获取方面，已应用在社会生活的各个领域，比方说用NBA赛场，拍摄运动员的动作画面，还有资料表明，美国在动能弹的研究中也使用摄像拍摄了弹体发射瞬间的图像。　　国内在这方面起步较晚，但是对于这种专门用于细节图像观测的、高分辨率图像获取技术国内尚没有深入研究。目本文由.L.收集整理前图像方法还主要应用在静态试验测量中[2]。　　2图像采集系统软件设计　　2.1图像采集系统软件方案设计　　2.1.1系统硬件平台　　

3、在视频图像处理领域，作为一个平台，可编程逻辑器件FPGA已经非常适合于高性能低成本的视频和图像应用。它可以帮助用户灵活定制系统，缩短产品研发和更新换代的周期，使用户紧跟技术和市场发展潮流[3]。　　本系统的核心是FPGA，用的是Altera公司的高端产品，内部主要特性有内嵌RAM块、DSP块、锁相环（PLL）和外部的存储器接口等，，采用了全新的逻辑结构-自适应逻辑块（ALM），增加了源同步通道的动态相位对准（DPA）电路和对新的外部存储器接口的支持。还可以采用128位AES密钥对配置文件进行加密，保证用户设计的安全性[4]。　　CMOS传感器

4、是用来获取外界图像数据，把模拟图像数据转换成数字图像数据，由FPGA来控制其工作。根据系统运行的实际效果，可以在软件上设置CMOS传感器的一些参数，比方说曝光时间等。　　DDR2SDRAM用来存储采集进来图像数据，相对于DDR2，DDR2具有更高的频宽、更低的功耗、更好的效能，因此，DDR2SDRAM目前正在取代DDRSDRAM，逐渐成为服务器、工作站、PC及其它专用系统的主流存储器配置[5]。　　铁电存储器FRAM用来存储系统参数，主要用来存储CMOS传感器的参数。FRAM是一种非易失性的存储器，无限次快速擦写特性使得这种产品十分适合于担当

5、重要系统里的暂存记忆体。铁电存贮器的出现为业界提供了一个高可靠性，而且低成本的方案[6]。　　显示图像数据时，系统采用LVDS接口进行输出显示，即低压差分信号输出，LVDS技术是一种低摆幅的通用输入输出标准，满足了数据传输的要求，是一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术[7]。　　可以通过上位机对系统进行在线调试，配置系统参数等。2.1.2软件方案设计　　软件设计流程图如下图所示。　　本系统的核心是FPGA，所有的工作都是围绕FPGA展开的，输入输出都是对于FPGA来说的。系统主要包括数据输入软件设计、数据读写软件设计、数据输出软件设计、异

6、步串行通信软件设计四个部分。　　（1）数据输入软件设计　　数据输入的过程也就是FPGA读取数据的过程，FPGA从CMOS传感器读取数据，还完成FPGA对CMOS传感器的时序控制、参数控制。　　CMOS传感器本省已经把模拟的图像数据转换成了数字数据，FPGA从CMOS传感器读取的是数字数据。CMOS传感器的工作时序由FPGA产生，也就是说由FPGA控制CMOS传感器的工作时序。另外，CMOS传感器的工作参数也是由FPGA产生的，比如说曝光时间等，借助于PC机通过RS-232通讯协议根据实际的运行效果进行在线调试。　　（2）数据读写软件设计　　数

7、据从CMOS传感器读进来之后，需要把这些数据存储起来，系统采用DDR2SDRAM，FPGA把读进来的数据存储到DDR2SDRAM，然后再读出来输出，也就是说，DDR2SDRAM起到缓存的作用。另外，系统还要完成读写铁电存储器FRAM，系统主要利用FRAM对CMOS传感器的参数进行配置，即FPGA事先把参数存储到FRAM中，然后根据系统需要，再把这项参数数据读出来，配置CMOS传感器。　　（3）数据输出软件设计　　数据的输出部分，也就是显示图像部分，显示器的工作时序由FPGA产生，也就是产生像素频率、行频率、场频率，根据这些时序输出数据。而且显

8、示的图像是灰度图像。　　（4）异步串行通信软件设计　　异步串行通信软件设计部分，实际上是FPGA和PC机之间通过RS-232串口通信协议进行数据传输，也就是说通过P