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高速数字图像采集系统数据采集传输技术的研究

作　者: 陈伟
导　师: 丁振良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 图像采集 数据传输 LVDS 帧存储
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


随着CMOS电路消噪技术的发展,CMOS图像传感器的性能不断提高,而且许多公司都已开发出了高速率、高分辨力的产品,比如Cypress公司生产的图像传感器的分辨力可达1280×1024,帧速率可达450fps。但是对于这么高速率的成像器件,传统的图像采集、处理与传输方案已经不能充分发挥其优势,鉴于此,本文研究了一种基于FPGA和USB2.0的高速图像采集、处理与传输系统。在对几种图像处理系统进行比较的基础上,给出了系统设计的总体方案,本方案使用可编程逻辑器件作为图像传感器的控制芯片,采用LVDS(低压差分信号)进行数据传输,图像的压缩处理通过可编程逻辑器件来完成,选用SDRAM实现图像的帧存储,最后通过USB2.0实现与上位机的通讯。本文设计了差分时钟模块和模数转换模块硬件电路;介绍了LVDS的特性,设计了LVDS接口与FPGA及其它电平接口的硬件电路,并给出了LVDS信号的布线原则和设计要点;介绍了采用乒乓操作实现图像帧存储的方法,设计了具体的硬件电路;设计了USB2.0接口的硬件电路;完成了电平转换和图像传感器控制模块硬件电路的设计。本文采用Verilog HDL硬件编程语言在可编程逻辑器件内部设计了CMOS图像传感器的时序驱动。并设计了基于FPGA的SDRAM控制器。另外在比较了几种并串转换电路的基础上,完成了采用可编程逻辑器件实现数据并串转换的设计。最后给出了硬件调试结果和仿真结果,并对系统性能进行了分析,为进一步的研究开发奠定了良好的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 高速数字图像采集系统的应用  10-11
  1.3 国内外研究现状及发展趋势  11-14
    1.3.1 图像传输系统国内外研究现状  11-12
    1.3.2 USB接口发展现状  12-13
    1.3.3 FPGA发展趋势  13-14
  1.4 课题研究内容  14-16
第2章 高速数字图像采集系统总体设计  16-22
  2.1 系统主处理器件的选定  16-18
  2.2 系统总体设计方案  18-21
    2.2.1 设计思路  18
    2.2.2 系统架构  18-19
    2.2.3 系统总体结构  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章 图像采集传输系统硬件设计  22-47
  3.1 差分时钟模块  22-24
    3.1.1 芯片选择  22-23
    3.1.2 电路设计  23-24
  3.2 数据转换模块  24-28
    3.2.1 芯片选择  24-25
    3.2.2 电路设计  25-28
  3.3 LVDS接口技术  28-35
    3.3.1 LVDS简介  28-31
    3.3.2 LVDS与其它接口的电路设计  31-32
    3.3.3 LVDS与FPGA的接口设计  32-33
    3.3.4 LVDS布线原则  33-35
  3.4 帧存储技术  35-38
    3.4.1 存储器的选用  35-36
    3.4.2 乒乓操作  36-37
    3.4.3 帧存储硬件电路设计  37-38
  3.5 USB接口电路设计  38-45
    3.5.1 接口方案选择  38-40
    3.5.2 USB控制芯片选择  40-44
    3.5.3 USB接口电路设计  44-45
  3.6 电平转换  45
  3.7 图像传感器的控制模块  45-46
  3.8 本章小结  46-47
第4章 控制部分逻辑电路设计  47-59
  4.1 引言  47-49
    4.1.1 设计方式选择  47
    4.1.2 FPGA/CPLD设计流程  47-49
  4.2 图像传感器时序驱动的实现  49-53
    4.2.1 可编程逻辑器件的选择  49-50
    4.2.2 图像传感器的时序  50-53
    4.2.3 控制时序的实现  53
  4.3 帧存储控制器的设计  53-57
    4.3.1 SDRAM的基本命令  54-55
    4.3.2 SDRAM的初始化  55
    4.3.3 SDRAM控制器的设计  55-57
  4.4 数据的并串转换  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章 仿真与实验结果及性能分析  59-66
  5.1 程序仿真结果  59-61
  5.2 硬件调试结果  61-64
  5.3 系统性能分析  64
  5.4 实验结论  64-65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-71
附录  71-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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