2022年基于FPGA的视频信号采集与处理系统.docx
《2022年基于FPGA的视频信号采集与处理系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年基于FPGA的视频信号采集与处理系统.docx(49页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精品学习资源基于 FPGA 地视频信号采集与处理系统摘 要图像是人类猎取和交换信息地主要来源.现如今,图像处理地应用领域已经涉及到人类生活和工作地方方面面,如航天和航空技术、工业和工程、军事公安、生物医学工程等等.在图像处理系统中,实时图像地采集是整个系统地前端部分,也是整个系统最重要地部分.前端地图像采集速度及质量,直接影响到图像处理系统后端地算法处理及应用.本文主要设计图像处理系统地前端部分,即视频信号地采集.本文设计中采纳 CMOS 图像传感器 OV7670 对外界图像进行实时采集,通过 FPGA 内部设计地初始化模块对图像传感器输出信号地格式进行配置.依据其输出信号地时序,在FPGA
2、内部设计采集单元 .采集到地数据一路送到 TFT 液晶屏上进行实时显示,另一路送入SRAM 缓存.当一帧图像储备完成后,在 NIOS II 软核中对图像进行处理,并将处理结果以图片地方式,储备到外部储备器SD 卡中.关键字: FPGA; 实时图像; CMOS; 图像采集欢迎下载精品学习资源AbstractThe image is human access and exchanges the primarysource of information. Nowadays, Image processing applications have involved human life and all
3、aspects of the work, such as aerospaceand aviation technology, industry and engineering, military police, biomedical engineering and so on. In the image processing system, Real-time image collection is the head part of the whole system, is also the most important part of the whole system. Part of th
4、e image acquisition speed and quality, directly affect the image processing system and the algorithm after processing and the application.This paper mainly designs image processing system, namely the head part of video signal collection.This paper applied to the design of CMOS image sensor to the ou
5、tsideworld OV7670 real-time image acquisition. Through the FPGA design inside theinitializationofthe moduleofimage sensor outputsignalformat configuration. According to its output signal timing, In the FPGA design inside acquisition cell. The data collected one way toTFT LCD screen on the real- time
6、 display, and the other way into an SRAM cache, when a frame image storage completed, processing the image in the NIOS II MCU. And the result of processing, storage to external storage SD card.Key words:FPGA; Real-time image; CMOS; Image acquisition欢迎下载精品学习资源目 录1 前 言 .1.1.1 数字图像处理进展史 .1.1.2 系统整体设计 .
7、3.2 CMOS 原理和特性及 CMOS 摄像头地基本结构 .4.2.1 CMOS 原理及特性 .4.2.1.1 CMOS 数字图像传感器基本原理 .4.2.1.2 CMOS 图像传感器地特性 .5.2.2 COMS 传感器地基本结构 .6.2.2.1 OV7670 简介.6.2.2.2 OV7670 内部结构 .8.3 系统设计及硬件实现 .1 2.3.1 系统结构及工作流程 .1 23.1.1 系统结构 .1 2.3.1.2 系统工作流程 .1 2.3.2 器件选型及硬件电路实现 .1 33.2.1 FPGA选型 .1 3.3.2.2 FPGA配置电路 .1 4.3.2.3 SDRAM 电
8、路实现 .1 5.3.2.4 SRAM 电路实现 .1 7.3.2.5 其他硬件电路 .1 8.4 系统软件设计 .1 9.4.1 软件设计概述 .1 9.4.2 VHDL 简介及特点 .2 0.4.3 OV7670 初始化模块 .2 14.4 OV7670 数据采集模块 .2 34.5 SRAM 掌握模块和 TFT 液晶掌握模块 .2 5欢迎下载精品学习资源4.6 MCU 单元设计 2.6.4.6.1 SOPC Builder简介.2 64.6.2 主掌握单元 MCU 地实现 .2 84.7 NIOS II 软件开发 .2 9.4.7.1 NIOS II 集成开发环境 .2 94.7.2 M
9、CU 软件设计 .3 0.4.7.3 简洁运动检测 .3 1.4.7.4 BMP 图片储备 .3 2.5 总结与展望 .3 4.参考文献 .3.5.附录 1 .3.6.附录 2 .4.3.致谢 .4.4.欢迎下载精品学习资源1 前 言1.1 数字图像处理进展史数字图像处理技术起源于20 世纪 20 岁月,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片,它采纳了数字压缩技术.就 1920 年地技术水平看,假如不压缩,传一幅图片要一个星期时间,压缩后只需要3小时.1964 年美国地喷气推动试验室处理了太空船“徘徊者七号 ”发回地月球照片,这标志着第三代运算机问世后数字图像处理概念开头得到应用.
10、 其后,数字图像处理技术得到快速进展,目前已成为工程学、运算机科学、信息科学、统计学、物理学、化学、生物学、医学甚至社会科学等领域各学科之间学习和讨论地对象 .从 70 岁月中期开头,随着运算机技术和人工智能、思维科学讨论地快速进展,数字图像处理向更高、更深层次进展 .人们已开头讨论如何用运算机系统说明图像,实现类似人类视觉系统懂得外部世界 .如今图像处理技术已给人类带来了庞大地经济效益和社会效益 .而在图像处理系统中,图像采集是图像处理最重要地前提.前端地图像采集速度及质量,直接影响到图像处理系统后端地算法处理及应用.图像采集卡是常用地图像输入设备,通常占用PC 机总线地一个插槽 .它主要包
11、括图像储备器单元、 CCD 或 CMOS 摄像头接口、 PC 机总线接口等 . 传统地图像采集卡大多数采纳PCI 接口,这种图像采集卡适用于将模拟信号经 A/D 转换器转换成数字信号,或本身就是数字信号,再通过PCI 接口传输至 PC 机,进行图像处理 .但使用嵌入式系统实现图像采集和处 理时,带有 PCI 接口地图像采集卡就不适用 .另外在图像处理地实时性方面,一般地所用地PC 软件或 MCU 软件方法已不能满意要求,究其缘由就是由于其本质是次序执行指令,不能做开并行处理 .而一般采集地图像数据量较大,运算量也相应比较大.另一方面,现今地图像处理应用也向嵌入式小型化方向进展.因此,现场可编程
12、门阵列( FPGA, Field Programmable Gate Array )以其较高地并行处欢迎下载精品学习资源理才能、丰富地内部资源和较大地敏捷性,在视频图像处理方面,显现出特殊地优势 .FPGA,即现场可编程门阵列是用户自编程ASIC 地一种,它使用户可以在现场通过编程形成自己所需要地ASIC,并可不断对自己已经提出地要求或初始设计进行更换.1985 年, Xilinx公司推出了世界上第一款FPGA,在随后地 20 多年地进展过程中, FPGA 硬件体系结构和软件开发工具都在不断地完善,成熟.现在如今, Xilinx 、Altera 等世界顶级厂商已经将 FPGA 器件地集成度提高
13、到一个新地水平 .此外, FPGA 仍嵌入用户可以自己定制地软核CPU,加上完整和多平台设计环境,仍可以利用第 三方地综合、仿真工具,提高了设计效率,缩短了设计周期.随着现代大容量、高密度、高速度FPGA 地显现,在这些 FPGA 中一般都内嵌有可配置地高速RAM 、PLL 以及硬件乘法器等 DSP 专用 IP 模块,而且在原有规律宏单元地基础上嵌入了很多面对DSP 地专用模块,结合这些硬件资源使DSP 开发者能特别简洁地在一片FPGA 上实现整个 DSP 系统,使得之前主要由 DSP 完成数字图像处理算法,对数字图像进行算法级处理地系统,完全可以在一片FPGA 上来实现,大大缩减了外部硬件电
14、路 .同时 FPGA 中能嵌入高速地 ROM 和 RAM 模块,实现高达 10Mb/s 地读写速率 Altera 公司地 Stratix 系列,FPGA 地设计特别敏捷,通用 DSP 芯片通常只有 14 个乘法器,而在 FPGA 中可以配置数十个乘法器 例如 Altera 公司最新地低成本地CycloneII 系列 FPGA 可以供应多达 150 个 1818 位地乘法器 ,用来实现通用地 DSP 功能.很多 FPGA 供应 商提 供了 专用地开发软件 例如 Altera 公 司 地 DSP Builder , 以MATLAB工具箱地势式显现,利用MATLAB中地 Simulink 工具进行图
15、像化设计,建立各种数字信号DSP 模型,完成后利用 DSP Builder 将其转换成硬件描述性语言 VHDL ,通过综合、下载,最终得到能实现DSP 功能地 FPGA 电路,使得 DSP 算法处理开发变得简洁 .欢迎下载精品学习资源1.2 系统整体设计本文主要讨论是基于FPGA 设计一个完整和视频信号采集与储备系统.本系统能够实时采集数据,其图像地质量可以通过对数字图像传感器进行配置初始化,以得到正确图像 .之后送入 FPGA,一方面在 TFT 液晶屏上实时显示,另一方面在存入SRAM 缓存,然后在NIOS II 软核中对其进行处理,之后以图片地格式存入SD 卡.基本系统框图如图 1-1 所
16、示:SRAMEPCS4欢迎下载精品学习资源OV7670图像传感器FPGAEP2C8Q208C82.8寸 TFT液晶显示屏欢迎下载精品学习资源SDRAMSD图 1-1 系统框图所应用场合如图 1-2 所示.:应讨论摄像头图像采集用讨论FPGA 嵌入式图像处理技术场合参讨论在线图像采集与预处理技术考讨论图像识别技术图 1-2 参考应用场合欢迎下载精品学习资源2 CMOS 原理和特性及 CMOS 摄像头地基本结构2.1 CMOS原理及特性CMOS ( Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器是在 60 岁月末期显现地,但由于其性能地不完善严峻影响了图
17、像质量,从而制约了它地进展和应用 .在 70 岁月和 80 岁月, CCD 在可见光成像方面取得了主角地位置 .进入到 90 岁月,由于对小型化、低功耗和低成本成像系统消费需求地增加和芯片制造技术和信号处理技术地进展,为新一代低噪声、优质图像和高彩色仍原度地CMOS 传感器地开发铺平了道路, CMOS 图像传感器成为固体图像传感器地讨论开发热点,CMOS 传感器地性能也因此大大提高 .CMOS 图像传感器地快速进展并商业化得益于成熟地 CMOS 工艺,目前国外诸多公司和科研机构已经开发出不同光学格式、多种类型地CMOS 图像传感器,并将其应用于光谱学、X 射线检测、天文学 观测讨论 、空间探测
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022 基于 FPGA 视频信号 采集 处理 系统
限制150内