【摘要】：數(shù)字相機向著高分辨率、高幀頻的方向發(fā)展，，帶來了圖像數(shù)據(jù)傳輸速度的大幅度提升。信號的高速傳輸給硬件設(shè)計與測試帶來了極大的挑戰(zhàn)，本文結(jié)合實際工程項目需要，設(shè)計了一款基于FPGA的高分辨率高幀頻相機。 相機設(shè)計包括三個部分：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標準為相機的高速輸出接口。選擇Xilinx公司的Virtex4FPGA實現(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)計了相應的編碼模塊，實現(xiàn)了基于FPGA的片內(nèi)Camera Link編碼功能。 本文設(shè)計的相機最大分辨率為2048×1024，幀頻為280fps，圖像傳輸最大瞬時速率為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)正確采樣的字對齊和位對齊的原理基礎(chǔ)上，充分利用Xilinx Virtex4系列FPGA中的ChipSYNC功能，采用VHDL語言設(shè)計并實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)采集的字對齊和位對齊算法，并利用該功能對圖像傳輸通道進行了訓練，在降低硬件設(shè)計難度的同時，極大地提高了采樣數(shù)據(jù)的完整性。 實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計實現(xiàn)的高幀頻高分辨率相機工作穩(wěn)定，具有集成化小型化的優(yōu)點，滿足項目需求。
【圖文】：

圖 1.2 S-EM 高速攝像機R 公司作為 NASA 的專業(yè)攝像系統(tǒng)研發(fā)機構(gòu)，研機，其最高分辨率 1920×1200。全幅面速率 1380fp最高可達 32 萬 fps。作為新一代高性能相機，它具有，支持可變存儲空間選擇，即使最高 240G 存儲模塊具有突破性意義的是，它可以通過遠程操作實現(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和平板等移動通訊設(shè)備大地拓寬了 CMOS 相機的應用領(lǐng)域[10]。er 公司的 SVG2 型相機的性能非常優(yōu)良，最高分辨 1000fps 并且可以通過以太網(wǎng)實現(xiàn)和上位機連接，支環(huán)境適應性[11]。，國內(nèi)和國外的 CMOS 相機技術(shù)水平仍然存在差距

2.1 低壓差分信號隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是在圖像采集傳輸過程中，具有非常大的據(jù)量，對于圖像采集速率和圖像傳輸速率有非常高的要求。高頻率信號在電路板傳輸過程中都有可能產(chǎn)生干擾噪聲[12]。同時本文設(shè)計的一個目標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]，有利于本文目標的實現(xiàn)。2.1.1 低壓差分信號技術(shù)介紹低壓差分信號(Low Voltage Differential Signaling,LVDS)是由美國國家半導公司(National Semiconductor)提出的一種高速信號傳輸電平[13]。它的工作原理圖 2.1 所示，圖中所示源端驅(qū)動器是一個 3.5mA 的恒流源驅(qū)動一對差分信號線成，圖中所示接收端的接收器是一個高直流輸入阻抗，幾乎所有的驅(qū)動電流都經(jīng)100 的終端匹配電阻，在接收端產(chǎn)生大約 350mV 的電壓。當源端驅(qū)動狀態(tài)轉(zhuǎn)變化時，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
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB852

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本文編號：2540200