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基于嵌入式系统的数字图像采集处理系统研究

作　者: 吕同周
导　师: 叶声华
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 图像采集处理 嵌入式系统 CMOS图像传感器 以太网 uIP Virtex-II Pro
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 321次
引　用: 3次
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内容摘要


理想的分布式视觉检测系统要求其图像采集处理单元体积小,功耗低,抗干扰能力强,能够完成数据预处理。CMOS数字图像传感器具有功耗低、体积小、集成度高等优点,能够满足分布式视觉检测系统的要求。本文将嵌入式系统应用于图像采集处理单元中,使图像采集,数据预处理,网络传输等模块集成化,从而大大提高了图像采集处理单元的性能。本文提出图像采集处理单元解决方案并加以验证,基于嵌入式系统的图像采集处理单元更适于在工业现场分布式视觉检测系统中应用。本文在提出图像采集处理单元整体设计方案的基础上,对所提出方案进行了硬件和软件的详细分析与设计。硬件方面,通过分析比较,利用COMS数字图像传感器进行图像采集,设计了基于嵌入式系统的Virtex-II Pro型FPGA图像采集处理电路,使用用户IP核控制视觉传感器和外部SRAM进行图像数据实时采集和存储。软件方面,利用用户IP核和固定IP核配合内部总线搭建系统平台,为相关IP核编写了驱动程序,并将嵌入式TCP/IP协议栈—uIP移植到系统中以实现基于以太网的图像数据实时传输。根据系统硬件和软件的设计方案,本文使用实验室现有FPGA开发模拟系统对设计方案进行了验证。实验表明,本文所提出的解决方案完全可行,图像采集处理单元能够实现对COMS数字图像传感器所采集图像的实时采集、存储与传输等功能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 课题的提出  8-9
  1.2 图像数据采集常用设计模式分析  9-10
  1.3 数据预处理方案分析  10-11
  1.4 嵌入式系统及其应用  11-12
  1.5 本课题的目的和意义  12-13
  1.6 本文的主要工作  13-14
第二章 图像采集处理系统方案设计  14-24
  2.1 图像传感器  14-17
  2.2 网络传输系统  17-19
  2.3 嵌入式系统平台  19-21
  2.4 系统硬件设计方案  21-22
  2.5 其它主要芯片  22-23
    2.5.1 数据存储芯片  22-23
    2.5.2 串口通讯芯片  23
  2.6 本章小结  23-24
第三章 采集系统硬件电路设计  24-28
  3.1 FPGA 电路设计  24-26
    3.1.1 FPGA 与OV9653 和SRAM 接口设计  24
    3.1.2 FPGA 配置电路设计  24-26
  3.2 以太网接口电路  26
  3.3 RS232 接口电路  26-27
  3.4 本章小结  27-28
第四章 嵌入式系统硬件功能设计  28-42
  4.1 设计工具及开发流程简介  28-31
    4.1.1 Verilog HDL 语言简介  28-29
    4.1.2 ISE 设计工具简介  29
    4.1.3 EDK 设计工具简介  29-30
    4.1.4 EDK 硬件开发流程  30-31
  4.2 基于SOPC 技术的嵌入式系统整体结构设计  31-36
    4.2.1 SOPC 技术与IP 复用技术  31-32
    4.2.2 嵌入式系统的整体结构  32-33
    4.2.3 CoreConnect 总线体系结构  33-34
    4.2.4 外设固定IP 功能设置  34-36
  4.3 图像数据存储功能实现  36-41
    4.3.1 COMS 数据发送时序和SRAM 写时序分析  36-38
    4.3.2 用户IP 核RAM Writer 整体结构  38-39
    4.3.3 用户IP 核RAM Writer 功能实现  39-41
  4.4 本章小结  41-42
第五章 嵌入式系统软件设计  42-59
  5.1 嵌入式系统软件开发工具简介  42-43
    5.1.1 嵌入式系统设计工具简介  42-43
    5.1.2 软件应用工具简介  43
  5.2 用户IP 核设计  43-46
    5.2.1 外设驱动基本原理  43-44
    5.2.2 RAM Writer 硬件驱动实现  44-45
    5.2.3 用户核模板设计  45-46
  5.3 嵌入式系统其他外设IP 核设计  46-50
    5.3.1 OPB_GPIO 控制器设计  46-48
    5.3.2 OPB_EMC 控制器设计  48-49
    5.3.3 OPB_UART 控制器设计  49-50
  5.4 嵌入式TCP/IP 协议栈uIP 的移植  50-56
    5.4.1 uIP 简介  50-51
    5.4.2 uIP 设备驱动程序接口  51-52
    5.4.3 uIP 应用程序接口  52-54
    5.4.4 uIP 的移植  54-56
  5.5 系统工作流程  56-58
  5.6 本章小结  58-59
第六章 实验  59-62
  6.1 网络通信实验  59-61
  6.2 本章小结  61-62
第七章 总结和展望  62-64
参考文献  64-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
附录1 图像采集/传输电路PCB  67-68
附录2 用户IP 核Verilog 程序  68-74
附录3 uIP 网络设备驱动  74-76
致谢  76

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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
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