圖像采集和處理技術(shù)在機(jī)器視覺和圖像分析等諸多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機(jī)捕獲的圖像信息正確地傳回計(jì)算機(jī)即可。但是在要求較高的應(yīng)用場合需要采集卡能準(zhǔn)確控制外部光源和相機(jī)，完成圖像采集，預(yù)處理，數(shù)據(jù)傳輸。只有這樣，用戶才可以根據(jù)不同的興趣和需求對(duì)特定的某些圖像進(jìn)行采集、傳輸以及處理，以達(dá)到某種分析目的。 本文根據(jù)國家985二期項(xiàng)目“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的圖像采集與處理需要，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款以FPGA為核心控制芯片的嵌入式圖像采集卡。采集卡以FPGA為邏輯和算法實(shí)現(xiàn)的核心器件，不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的圖像采集，而且實(shí)現(xiàn)了CCD相機(jī)控制和激光器同步曝光功能，打破了以往單純靠增加硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步控制的方法，簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)并節(jié)約系統(tǒng)成本。此外，在系統(tǒng)中嵌入了圖像增強(qiáng)算法和采用PCI接口與計(jì)算機(jī)連接滿足了高速采集的要求。同時(shí)，采用市場上廣泛應(yīng)用的Camera Link作為采集卡的圖像輸入接口，提高了系統(tǒng)的通用性、傳輸速率和抗干擾能力，簡化圖像獲取設(shè)備和模擬攝像頭之間需要視頻解碼等連接。具有嵌入式處理功能，光源同步和相機(jī)控制的采集卡將使機(jī)器視覺系統(tǒng)，圖像測速等諸多... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文主要的工作
2 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的總體方案設(shè)計(jì)
    2.1 圖像采集系統(tǒng)的工作原理
    2.2 圖像采集卡實(shí)現(xiàn)方案
        2.2.1 圖像采集卡與計(jì)算機(jī)的接口設(shè)計(jì)方案
        2.2.2 圖像采集卡輸入接口的設(shè)計(jì)方案
        2.2.3 圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)方案
        2.2.4 核心控制器的設(shè)計(jì)方案
    2.3 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的工作原理
    2.4 系統(tǒng)可行性論證
        2.4.1 數(shù)據(jù)傳輸帶寬
        2.4.2 系統(tǒng)響應(yīng)速度
3 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的硬件設(shè)計(jì)
    3.1 FPGA最小系統(tǒng)
        3.1.1 電源的設(shè)計(jì)
        3.1.2 時(shí)鐘的設(shè)計(jì)
        3.1.3 PLL電源設(shè)計(jì)
        3.1.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)
        3.1.5 FPGA配置接口
    3.2 PCI接口
        3.2.1 PCI接口簡介
        3.2.2 PCI接口芯片的選型
        3.2.3 PCI9054介紹
        3.2.4 PCI9054接口電路設(shè)計(jì)
        3.2.5 PCI9054的配置寄存器
    3.3 Camera Link接口
        3.3.1 Camera Link接口標(biāo)準(zhǔn)的介紹
        3.3.2 LVDS技術(shù)的介紹
        3.3.3 Camera Link接口芯片的選型
        3.3.4 Camera Link接口電路設(shè)計(jì)
    3.4 RS232串口
        3.4.1 RS232串口的介紹
        3.4.2 RS232串口的電平轉(zhuǎn)換芯片的選型
        3.4.3 RS232串口通信接口電路設(shè)計(jì)
    3.5 擴(kuò)展存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)
        3.5.1 寄存器的選型
        3.5.2 SDRAM接口電路設(shè)計(jì)
    3.6 電路板的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
        3.6.1 PCI板連接器的設(shè)計(jì)
        3.6.2 電路板的技術(shù)指標(biāo)
        3.6.3 PCB的設(shè)計(jì)
4 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的軟件設(shè)計(jì)
    4.1 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
        4.1.1 WDM簡介
        4.1.2 驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具的選擇
        4.1.3 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        4.1.4 驅(qū)動(dòng)程序安裝
    4.2 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的應(yīng)用程序
        4.2.1 與WDM驅(qū)動(dòng)程序通信的上層應(yīng)用程序
        4.2.2 進(jìn)行相機(jī)模式設(shè)置的串口通信程序
    4.3 FPGA內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)
        4.3.1 時(shí)鐘管理設(shè)計(jì)
        4.3.2 PCI總線仲裁器
        4.3.3 SDRAM控制器
        4.3.4 相機(jī)模式配置模塊
        4.3.5 相機(jī)觸發(fā)和激光器觸發(fā)模塊
        4.3.6 圖像采集控制模塊
        4.3.7 圖像預(yù)處理模塊
    4.4 FPGA內(nèi)部邏輯調(diào)試結(jié)果及分析
        4.4.1 調(diào)試工具
        4.4.2 PCI仲裁器調(diào)試結(jié)果分析
        4.4.3 SDRAM控制器調(diào)試結(jié)果分析
        4.4.4 相機(jī)模式配置模塊調(diào)試結(jié)果分析
        4.4.5 相機(jī)觸發(fā)和激光器觸發(fā)模塊調(diào)試結(jié)果分析
        4.4.6 圖像采集控制模塊調(diào)試結(jié)果分析
5 圖像采集卡嵌入圖像增強(qiáng)算法
    5.1 圖像增強(qiáng)
        5.1.1 圖像增強(qiáng)算法理論
        5.1.2 本論文的圖像增強(qiáng)算法
    5.2 圖像增強(qiáng)算法的FPGA實(shí)現(xiàn)
        5.2.1 FPGA算法的VHDL實(shí)現(xiàn)
        5.2.2 FPGA算法調(diào)試結(jié)果分析
        5.2.3 圖像增強(qiáng)的結(jié)果分析
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄A 相關(guān)程序段
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]LVDS接口原理和標(biāo)準(zhǔn)及在平板顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 張濤,舒林鋒,鄭冬軍,王婧.  計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程. 2007(09)
[2]基于FPGA的圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 韓娟娟,鄧文怡,婁小平.  微計(jì)算機(jī)信息. 2007(26)
[3]基于PCI總線運(yùn)動(dòng)控制卡WDM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)[J]. 陳富章,李偉光,高嚴(yán)松,唐文媛.  微計(jì)算機(jī)信息. 2007(19)
[4]基于EP1C3T144的最小系統(tǒng)開發(fā)板的設(shè)計(jì)[J]. 章麗萍,周鳳星.  武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2007(03)
[5]基于FPGA器件的RS232—C接口設(shè)計(jì)及其擴(kuò)展[J]. 陳炳權(quán).  攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào). 2006(05)
[6]PCI總線接口芯片9054及其應(yīng)用[J]. 黃身錁.  世界電子元器件. 2006(06)
[7]基于WinDriver工具的PCI卡驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)[J]. 張?jiān)鲚x,沈激,陳子瑜,韋東山.  核電子學(xué)與探測技術(shù). 2006(03)
[8]用DriverWorks開發(fā)PCI設(shè)備的WDM驅(qū)動(dòng)程序[J]. 孟華.  信息與電子工程. 2006(02)
[9]基于PCI總線數(shù)據(jù)通信卡WDM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)[J]. 司玉美,申會(huì)民,耿愛輝,郭立紅.  計(jì)算機(jī)測量與控制. 2006(02)
[10]PCI9054芯片接口設(shè)計(jì)中若干問題的深入研究[J]. 童鵬,吳新建.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2005(10)

碩士論文
[1]流體二維圖像測速技術(shù)的研究[D]. 崔恒.大連理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3653841