圖像采集和處理技術在機器視覺和圖像分析等諸多領域應用十分廣泛，大部分情況下，采集卡只需將前端相機捕獲的圖像信息正確地傳回計算機即可。但是在要求較高的應用場合需要采集卡能準確控制外部光源和相機，完成圖像采集，預處理，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特定的某些圖像進行采集、傳輸以及處理，以達到某種分析目的。 本文根據(jù)國家985二期項目“三維粒子圖像測速系統(tǒng)”的圖像采集與處理需要，設計開發(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為邏輯和算法實現(xiàn)的核心器件，不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的圖像采集，而且實現(xiàn)了CCD相機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備實現(xiàn)同步控制的方法，簡化了系統(tǒng)硬件結構并節(jié)約系統(tǒng)成本。此外，在系統(tǒng)中嵌入了圖像增強算法和采用PCI接口與計算機連接滿足了高速采集的要求。同時，采用市場上廣泛應用的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，光源同步和相機控制的采集卡將使機器視覺系統(tǒng)，圖像測速等諸多... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：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計
    2.1 圖像采集系統(tǒng)的工作原理
    2.2 圖像采集卡實現(xiàn)方案
        2.2.1 圖像采集卡與計算機的接口設計方案
        2.2.2 圖像采集卡輸入接口的設計方案
        2.2.3 圖像數(shù)據(jù)存儲的設計方案
        2.2.4 核心控制器的設計方案
    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)響應速度
3 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的硬件設計
    3.1 FPGA最小系統(tǒng)
        3.1.1 電源的設計
        3.1.2 時鐘的設計
        3.1.3 PLL電源設計
        3.1.4 復位電路設計
        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接口電路設計
        3.2.5 PCI9054的配置寄存器
    3.3 Camera Link接口
        3.3.1 Camera Link接口標準的介紹
        3.3.2 LVDS技術的介紹
        3.3.3 Camera Link接口芯片的選型
        3.3.4 Camera Link接口電路設計
    3.4 RS232串口
        3.4.1 RS232串口的介紹
        3.4.2 RS232串口的電平轉換芯片的選型
        3.4.3 RS232串口通信接口電路設計
    3.5 擴展存儲器設計
        3.5.1 寄存器的選型
        3.5.2 SDRAM接口電路設計
    3.6 電路板的設計和實現(xiàn)
        3.6.1 PCI板連接器的設計
        3.6.2 電路板的技術指標
        3.6.3 PCB的設計
4 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的軟件設計
    4.1 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的驅動程序設計
        4.1.1 WDM簡介
        4.1.2 驅動程序開發(fā)工具的選擇
        4.1.3 驅動程序的設計與實現(xiàn)
        4.1.4 驅動程序安裝
    4.2 基于FPGA的嵌入式圖像采集處理卡的應用程序
        4.2.1 與WDM驅動程序通信的上層應用程序
        4.2.2 進行相機模式設置的串口通信程序
    4.3 FPGA內部邏輯結構
        4.3.1 時鐘管理設計
        4.3.2 PCI總線仲裁器
        4.3.3 SDRAM控制器
        4.3.4 相機模式配置模塊
        4.3.5 相機觸發(fā)和激光器觸發(fā)模塊
        4.3.6 圖像采集控制模塊
        4.3.7 圖像預處理模塊
    4.4 FPGA內部邏輯調試結果及分析
        4.4.1 調試工具
        4.4.2 PCI仲裁器調試結果分析
        4.4.3 SDRAM控制器調試結果分析
        4.4.4 相機模式配置模塊調試結果分析
        4.4.5 相機觸發(fā)和激光器觸發(fā)模塊調試結果分析
        4.4.6 圖像采集控制模塊調試結果分析
5 圖像采集卡嵌入圖像增強算法
    5.1 圖像增強
        5.1.1 圖像增強算法理論
        5.1.2 本論文的圖像增強算法
    5.2 圖像增強算法的FPGA實現(xiàn)
        5.2.1 FPGA算法的VHDL實現(xiàn)
        5.2.2 FPGA算法調試結果分析
        5.2.3 圖像增強的結果分析
結論
參考文獻
附錄A 相關程序段
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于FPGA的圖像增強處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 韓娟娟,鄧文怡,婁小平.  微計算機信息. 2007(26)
[3]基于PCI總線運動控制卡WDM驅動程序設計[J]. 陳富章,李偉光,高嚴松,唐文媛.  微計算機信息. 2007(19)
[4]基于EP1C3T144的最小系統(tǒng)開發(fā)板的設計[J]. 章麗萍,周鳳星.  武漢科技大學學報(自然科學版). 2007(03)
[5]基于FPGA器件的RS232—C接口設計及其擴展[J]. 陳炳權.  攀枝花學院學報. 2006(05)
[6]PCI總線接口芯片9054及其應用[J]. 黃身錁.  世界電子元器件. 2006(06)
[7]基于WinDriver工具的PCI卡驅動程序開發(fā)[J]. 張增輝,沈激,陳子瑜,韋東山.  核電子學與探測技術. 2006(03)
[8]用DriverWorks開發(fā)PCI設備的WDM驅動程序[J]. 孟華.  信息與電子工程. 2006(02)
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碩士論文
[1]流體二維圖像測速技術的研究[D]. 崔恒.大連理工大學 2006



本文編號：3653841