【摘要】：隨著集成電路技術(shù)水平的提高,使得CMOS圖像傳感器有了飛躍式發(fā)展。尤其是CMOS內(nèi)部可集成A/D轉(zhuǎn)換器、電平轉(zhuǎn)換電路的特性,使其直接輸出數(shù)字信號(hào)。高清、高幀頻數(shù)字相機(jī),可極大程度地提升圖像數(shù)據(jù)傳輸速率,但同時(shí)也帶給硬件電路設(shè)計(jì)極大的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合實(shí)際工程需求,以降低硬件設(shè)計(jì)難度、簡化硬件電路為目的,設(shè)計(jì)一款基于FPGA的CMOS高清相機(jī)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng),該相機(jī)在200Mbps的高速傳輸過程中可以拍到分辨率為2048×1088的高清圖像,有利于對瞬態(tài)現(xiàn)象的抓拍取證。本次設(shè)計(jì)的采集與傳輸系統(tǒng)主要分為三大部分:可見光區(qū)的目標(biāo)圖像采集單元、控制與處理單元、高速數(shù)據(jù)傳輸單元。針對采集單元與控制單元的接口處的電平轉(zhuǎn)換電路,通過采用VHDL硬件描述語言將CMOS輸出的LVDS電平轉(zhuǎn)換為TTL電平,實(shí)現(xiàn)了軟件設(shè)計(jì)代替硬件電路設(shè)計(jì);針對高速傳輸問題,采用VHDL語言在傳輸過程中對圖像傳輸通道進(jìn)行時(shí)序設(shè)計(jì),使之能夠多通道輸出,從而實(shí)現(xiàn)高速傳輸功能;針對數(shù)據(jù)在高速傳輸中能否保證采樣到正確字節(jié),本文利用FPGA芯片的現(xiàn)場可編程功能,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)采集的字對齊和位對齊,極大地提高了數(shù)據(jù)采樣的完整性。最后通過板級測試及成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了硬件電路在軟件下的邏輯功能,說明本次設(shè)計(jì)的采集與傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在較高幀頻230fps下采集到高清圖像,分辨率為2048×1088,滿足項(xiàng)目需求。
[Abstract]:With the improvement of integrated circuit technology, CMOS image sensor has been developed by leaps and bounds. In particular, the characteristics of the integrated A / D converter and the level conversion circuit make the CMOS output digital signal directly. High definition, high frame rate digital camera can greatly improve the speed of image data transmission, but it also brings great challenges to hardware circuit design. In order to reduce the difficulty of hardware design and simplify the hardware circuit, a data acquisition and transmission system for CMOS high-definition camera based on FPGA is designed in this paper. The camera can capture high-definition images with resolution of 2048 脳 1088 during the high speed transmission of 200Mbps, which is beneficial to the capture of transient phenomena. The system is divided into three parts: the target image acquisition unit, the control and processing unit, and the high-speed data transmission unit. Aiming at the level conversion circuit of the interface between the acquisition unit and the control unit, the LVDS level of the CMOS output is converted to the TTL level by using VHDL hardware description language, and the software design is realized instead of the hardware circuit design. Aiming at the problem of high speed transmission, VHDL language is used to design the timing of image transmission channel in order to realize the function of high speed transmission. Aiming at whether the data can be sampled to the correct bytes in high speed transmission, this paper designs and implements the word alignment and bit alignment of image data acquisition by using the field programmable function of FPGA chip, which greatly improves the integrity of data sampling. Finally, the logic function of the hardware circuit under the software is verified by the board-level test and the imaging experiment. It shows that the acquisition and transmission system designed in this paper can acquire high-definition images at a higher frame rate 230fps, and the resolution is 2048 脳 1088, which meets the requirements of the project.
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP274.2;TB852.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2340938