【摘要】：數(shù)字相機(jī)向著高分辨率、高幀頻的方向發(fā)展，，帶來(lái)了圖像數(shù)據(jù)傳輸速度的大幅度提升。信號(hào)的高速傳輸給硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目需要，設(shè)計(jì)了一款基于FPGA的高分辨率高幀頻相機(jī)。 相機(jī)設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分：圖像數(shù)據(jù)的采集、圖像數(shù)據(jù)的處理和圖像數(shù)據(jù)的傳輸。本文以CMOSIS公司生產(chǎn)的CMV2000器件為圖像傳感器，采用CameraLink標(biāo)準(zhǔn)為相機(jī)的高速輸出接口。選擇Xilinx公司的Virtex4FPGA實(shí)現(xiàn)高速圖像數(shù)據(jù)的采集、處理及配置功能。 為提高相機(jī)的集成化小型化，本文摒棄了傳統(tǒng)Camera Link輸出采用DS90CR287編碼芯片的方案。在FPGA中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的編碼模塊，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的片內(nèi)Camera Link編碼功能。 本文設(shè)計(jì)的相機(jī)最大分辨率為2048×1024，幀頻為280fps，圖像傳輸最大瞬時(shí)速率為640MB/s。為了完成高速數(shù)據(jù)的正確采樣，本文在分析了高速數(shù)據(jù)正確采樣的字對(duì)齊和位對(duì)齊的原理基礎(chǔ)上，充分利用Xilinx Virtex4系列FPGA中的ChipSYNC功能，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)采集的字對(duì)齊和位對(duì)齊算法，并利用該功能對(duì)圖像傳輸通道進(jìn)行了訓(xùn)練，在降低硬件設(shè)計(jì)難度的同時(shí)，極大地提高了采樣數(shù)據(jù)的完整性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的高幀頻高分辨率相機(jī)工作穩(wěn)定，具有集成化小型化的優(yōu)點(diǎn)，滿足項(xiàng)目需求。
【圖文】：

圖 1.2 S-EM 高速攝像機(jī)R 公司作為 NASA 的專業(yè)攝像系統(tǒng)研發(fā)機(jī)構(gòu)，研機(jī)，其最高分辨率 1920×1200。全幅面速率 1380fp最高可達(dá) 32 萬(wàn) fps。作為新一代高性能相機(jī)，它具有，支持可變存儲(chǔ)空間選擇，即使最高 240G 存儲(chǔ)模塊具有突破性意義的是，它可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)遙芝公司推出 T4K82 型 CMOS 圖像傳感器。像素為s 的高清視頻�？梢灾С质謾C(jī)和平板等移動(dòng)通訊設(shè)備大地拓寬了 CMOS 相機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域[10]。er 公司的 SVG2 型相機(jī)的性能非常優(yōu)良，最高分辨 1000fps 并且可以通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)連接，支環(huán)境適應(yīng)性[11]。，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的 CMOS 相機(jī)技術(shù)水平仍然存在差距

2.1 低壓差分信號(hào)隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是在圖像采集傳輸過(guò)程中，具有非常大的據(jù)量，對(duì)于圖像采集速率和圖像傳輸速率有非常高的要求。高頻率信號(hào)在電路板傳輸過(guò)程中都有可能產(chǎn)生干擾噪聲[12]。同時(shí)本文設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)是集成電路板小型化集成化，布局布線密度變大，采用低壓信號(hào)可以減少高密度集成電路的片內(nèi)部的散熱和功耗[6]，有利于本文目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。2.1.1 低壓差分信號(hào)技術(shù)介紹低壓差分信號(hào)(Low Voltage Differential Signaling,LVDS)是由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)公司(National Semiconductor)提出的一種高速信號(hào)傳輸電平[13]。它的工作原理圖 2.1 所示，圖中所示源端驅(qū)動(dòng)器是一個(gè) 3.5mA 的恒流源驅(qū)動(dòng)一對(duì)差分信號(hào)線成，圖中所示接收端的接收器是一個(gè)高直流輸入阻抗，幾乎所有的驅(qū)動(dòng)電流都經(jīng)100 的終端匹配電阻，在接收端產(chǎn)生大約 350mV 的電壓。當(dāng)源端驅(qū)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變化時(shí)，流經(jīng)匹配電阻的電流方向改變，在接收端產(chǎn)生高低邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)變[14
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TB852

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本文編號(hào)：2540200