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基于线阵CCD的影像扫描系统的研究

作　者: 张世亮
导　师: 张一斌
学　校: 长沙理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 线阵CCD FPGA VerilogHDL 图像处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着工业自动化程度的提高,在流水线操作的各道工序上,具有智能化的处理系统逐步替代人工作业。传统的检测水平难以满足日益提高的产品实时无暇检测要求。同时,具有高分辨率的传感器件、具有可重构功能的可编程逻辑器件快速发展,为高精度的实时处理提供了硬件系统。本文以线阵CCD传感器和FPGA为主要器件,搭建了针对影像扫描的硬件处理系统。系统包括线阵CCD传感器及其控制模块、模数转换模块、驱动和控制模块、运算处理模块以及通信模块。在驱动和控制模块中,采用VerilogHDL实现处理模块与传感器之间的采样控制、与SDRAM存储器以及与VGA显示器之间的时序要求。其中,采用异步FIFO结构解决了不同时钟域之间的数据交换,有效地避免亚稳态的出现。除此之外,还使用了XilinxFPGA自带的32位嵌入式微处理器Microblaze,完成与flash存储器之间的SPI接口以及和上位机之间的10M/100M自适应以太网通信。在搭建好的系统上,利用并行流水的方法实现图像的平滑滤波、边缘检测和边缘区域的流通,从而达到影像扫描检测的目的。整个设计过程中,采用Cadence公司的Capture实现原理图的绘制、采用Allegro实现PCB的绘制,同时,还做了信号完整性和电源完整性的考虑。在使用FPGA实现的过程中,使用Xilinx的ISE软件完成逻辑的综合、物理约束和时序约束以及逻辑优化,并采用Mentor公司的ModelsimSE进行前仿和后仿,最终生成可下载文件和配置文件。在配置FPGA时,分析对照了几种可配置模式,最后是选用主串模式实现的。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-13
  1.1 影像扫描检测技术的发展与应用  10-11
  1.2 影像扫描系统的组成  11-12
  1.3 本文主要内容  12-13
第二章 系统的介绍与器件选择  13-23
  2.1 系统组成及工作过程  13-14
    2.1.1 系统的构成  13-14
    2.1.2 系统的工作过程  14
  2.2 器件选型及介绍  14-22
    2.2.1 线阵CCD 单元  14-16
    2.2.2 多通道A/D 转换单元  16-17
    2.2.3 现场可编程门阵列介绍与选型  17-19
    2.2.4 VGA 显示单元  19-21
    2.2.5 AT45DB321D 数据存储单元  21
    2.2.6 网络接口单元介绍  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章 硬件设计  23-60
  3.1 硬件电路设计  23-33
    3.1.1 整体框图  23
    3.1.2 电源设计  23-28
    3.1.3 FPGA 设计  28-31
    3.1.4 采集电路设计  31-32
    3.1.5 PCB 设计  32-33
  3.2 逻辑设计  33-50
    3.2.1 线阵CCD 接口电路及其实现  34-35
    3.2.2 VGA 显示接口电路及其实现  35-39
    3.2.3 SDRAM 控制器  39-43
    3.2.4 对亚稳态的处理  43-50
  3.3 Xilinx FPGA 的IP 核  50-57
    3.3.1 Microblaze  50
    3.3.2 SPI 外设  50-51
    3.3.3 读写 AT45DB321D  51-52
    3.3.4 DM9000 控制器的实现  52-57
  3.4 FPGA 实现  57-59
    3.4.1 基于ISE 的综合及其优化  57
    3.4.2 用户约束文件  57-59
  3.5 本章小结  59-60
第四章 图像处理算法的 FPGA 实现  60-67
  4.1 图像的结构和处理步骤  60-61
    4.1.1 图像的结构  60-61
    4.1.2 边缘检测的处理步骤  61
  4.2 图像处理的算法分析  61-64
    4.2.1 图像平滑滤波  61-62
    4.2.2 图像边缘检测  62-63
    4.2.3 边缘区域连接  63-64
  4.3 图像处理的FPGA 实现  64-66
    4.3.1 流水线设计框架  64-65
    4.3.2 图像滤波算法的FPGA 实现  65-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章 总结及展望  67-69
  5.1 全文工作总结  67
  5.2 未来展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录 A  73-74
详细摘要  74-81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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