【摘要】：超高速圖像采集與傳輸系統(tǒng)一般是指圖像采集速度大于100幀／秒,單幀圖像的分辨率大于1000萬像素的高速圖像系統(tǒng),這類系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事影像處理、顯微視覺、高速在線檢測(cè)等領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)大分辨率、超高速圖像能夠快速、實(shí)時(shí)進(jìn)入圖像采集系統(tǒng),目前一般采用的方式是設(shè)計(jì)專門的PCIe圖像采集板卡但是這類系統(tǒng)存在體積龐大、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、功耗大等缺陷。因此,本文提出設(shè)計(jì)基于FPGA處理器的超高速圖像采集系統(tǒng)。在接入圖像的硬件接口選型上,系統(tǒng)采用Camera Link高速圖像采集接口來實(shí)現(xiàn)圖像的超高速采集與傳輸；在FPGA及相關(guān)芯片、其他接口選型上,系統(tǒng)采用了Xilinx公司的Kintex-7系列的高端FPGA芯片、兩片128MB的DDR3芯片、Rapid I/O高速傳輸通道等,確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力。本文的主要工作主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)原理圖、PCB圖設(shè)計(jì),通過研究Xilinx公司提供的官方資料和手冊(cè),完成原理圖的搭建和PCB的設(shè)計(jì)。(2)EMI設(shè)計(jì),通過對(duì)PCB板圖的仿真測(cè)試與分析,然后去優(yōu)化設(shè)計(jì),最終使PCB板卡擁有良好的電磁兼容性能。(3) FPGA圖像采集軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì),邏輯實(shí)現(xiàn)Camera Link協(xié)議以及圖像的采集。這樣可以節(jié)省硬件資源和硬件成本以及減少布板難度和空間。還可以在不改動(dòng)任何硬件的前提下,用軟件靈活地轉(zhuǎn)換Base、Medium 和 Full三種模式：DDR3緩存器。對(duì)于高清圖像的傳輸,這個(gè)外接大容量儲(chǔ)存器是必需的；SRIO高速傳輸通道,這個(gè)高速通道是圖像數(shù)據(jù)從采集端(FPGA)到處理端(DSP)的橋梁。最后,通過實(shí)際項(xiàng)目對(duì)本文設(shè)計(jì)的超高速圖像采集與傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明系統(tǒng)能夠以每秒90幀的速度傳輸圖像數(shù)據(jù),單幀圖像的分辨率為1280x1024,基本達(dá)到了每秒100幀的性能需求。
[Abstract]:The ultra-high speed image acquisition and transmission system generally refers to the high speed image system with a speed of more than 100 frames per second and a resolution of more than 10 million pixels in a single frame. This kind of system is widely used in military image processing and microscopic vision. High-speed online detection and other fields. In order to realize the large resolution, the super-high speed image can enter the image acquisition system quickly and in real time. At present, the general way is to design the special PCIe image acquisition board. However, this kind of system has the defects of large volume, low real-time and large power consumption. Therefore, a super-high-speed image acquisition system based on FPGA processor is proposed in this paper. In the hardware interface selection of the access image, the system adopts the Camera Link high-speed image acquisition interface to realize the super high speed image acquisition and transmission. In the selection of FPGA and related chips and other interfaces, the system adopts the high-end FPGA chip of Kintex-7 series of Xilinx Company, the DDR3 chip of two 128MB chips, the Rapid I / O high-speed transmission channel and so on, so as to ensure the data throughput of the system. The main work of this paper is embodied in the following three aspects: (1) schematic diagram, PCB diagram design, through the study of the official information and manual provided by Xilinx company, the construction of schematic diagram and the design of PCB are completed. (2) EMI design, Through the simulation test and analysis of PCB board diagram, and then optimize the design, finally make the PCB card have good EMC performance. (3) FPGA image acquisition software system design, logic implementation of Camera Link protocol and image acquisition. This can save hardware resources and hardware costs, as well as reduce the difficulty and space. Without changing any hardware, we can use software to convert Base,Medium and Full flexibly: DDR3 buffer. For the transmission of high-definition images, this external high-capacity storage is necessary, and the SRIO high-speed transmission channel is a bridge from (FPGA) to (DSP). Finally, the super-high speed image acquisition and transmission system designed in this paper is verified by a practical project. The results show that the system can transmit image data at 90 frames per second, and the resolution of single frame image is 1280 x 1024. Basically achieved 100 frames per second performance requirements.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(工程管理與信息技術(shù)學(xué)院)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP274.2

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