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基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现

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基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现

基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现

摘要：随着红外技术的发展，红外图像的实时采集与处理成为了很多领域的研究热点。本文基于FPGA实现了一个红外图像实时采集系统。通过对系统的设计与实现，提高了红外图像的采集速度和准确性。

1. 引言

红外图像具有热成像、弱光成像等特点，在军事、安防、医疗等领域有着广泛应用。红外图像实时采集与处理对于实现智能化、自动化具有重要意义。FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有高并行性和低延迟的特点，能够满足红外图像实时采集的需求。

2. 系统设计

2.1 红外图像采集模块设计

红外图像采集模块负责从红外传感器中采集图像数据。首先，需要对传感器进行初始化设置，并启动数据传输模式。然后，利用FPGA的高速IO接口，通过并行或串行方式将数据传输到FPGA中。采集到的图像数据会经过预处理模块进行去噪和增强操作。

2.2 系统控制模块设计

系统控制模块负责对整个系统进行控制和协调。它接收用户的指令，并根据指令对红外图像采集模块进行操作。同时，系统控制模块还负责与其他外设的连接和数据传输。

2.3 图像处理模块设计

图像处理模块负责对采集到的红外图像进行处理和分析。首先，需要对图像进行去噪处理，去除噪声干扰。然后，进行图像增强，以提高图像质量和细节清晰度。最后，通过算法实现目标检测、跟踪等功能。

3. 系统实现

本系统使用Xilinx的FPGA芯片作为硬件平台，开发环境为Vivado。首先，搭建红外图像采集模块，包括传感器接口电路和数据传输接口电路。然后，设计系统控制模块，并与红外图像采集模块进行连接。最后，实现图像处理算法，并将结果显示在屏幕上。

4. 实验结果与分析

经过实验测试，本系统能够实时采集红外图像，并进行处理和分析。通过对图像的增强处理，可以清晰地显示目标物体的热分布情况。系统具有较高的采样速度和准确性，满足了实时采集红外图像的需求。

5. 总结与展望

本文设计与实现了一个基于FPGA的红外图像实时采集系统。通过该系统，能够实时采集红外图像并进行处理和分析。该系统具有高速采集、低延迟等优点，适用于军事、安防、医疗等领域。未来可以进一步优化系统性能，提高图像处理算法的准确性和实时性。

关键词：FPGA；红外图像；实时采集；图像处

通过本文的研究和实验，我们成功设计并实现了一个基于FPGA的红外图像实时采集系统。该系统能够对红外图像进行去噪处理和图像增强，以提高图像质量和细节清晰度。同时，该系统具有目标检测和跟踪等功能，能够对图像中的目标物体进行实时分析和处理。经过实验测试，该系统在采样速度和准确性方面表现出较高的性能，能够满足实时采集红外图像的需求。未来，我们将进一步优化系统性能，提高图像处理算法的准确性和实时性，以适应更广泛的应用领域，如军事、安防和医疗等

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基于FPGA的彩色图像实时采集系统设计

基于FPGA的彩色图像实时采集系统设计

第２９卷第２期　２０１４年４月　液　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａ１　ｏｆ　晶与显示　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　ａｎｄ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ　Ｖｏ１．２９　ＮＯ．２　Ａｐｒ．２０１４　

文章编号：１００７—２７８０（２０１４）０２—０２５８—０８　

基于ＦＰＧＡ的彩色图像实时采集系统设计　

李　华　，朱　

（１．商洛学院，陕西商洛７２６０００；２．中国科学院西　

３．西安交通大学一西安光学精密机械研究所空　波。　

安光学精密机械研究所，陕西西安７１０１１９；　

间视觉联合实验室，陕西西安７１００４９）　

摘要：为了从单片Ｂａｙｅｒ格式图像探测器获取高质量实时彩色图像，研究并设计了一套基于ＦＰＧＡ硬件的彩色图像实时　采集系统。介绍了针对ＭＴ９Ｍ０１１图像探测器的寄存器配置时序的设计。重点研究了影响彩色图像质量的Ｂａｙｅｒ格式　图像去马赛克算法，该算法首先对Ｂａｙｅｒ格式原图进行二阶拉普拉斯修正，利用色差和梯度关系确定丢失的绿色分量，　再结合给定像素周围的４个色差进行插值计算，分别得到丢失的红色分量和蓝色分量，从而完成彩色图像的恢复。设计　了基于千兆以太网（ＧｉｇＥ）的图像传输机制，使系统数据吞吐率大大提高。实验数据表明，系统插值算法在峰值信噪比　（ＰＳＮＲ）方面相比双线性插值，Ｒ、Ｇ、Ｂ三通道均提高约１５　ｄＢ左右，图像目视细节丰富，伪彩色得到有效抑制；在分辨率　为１　２８０×１　０２４、帧频为１５　ｆ／ｓ的情况下，可以实时输出全彩色图像。目前，系统已经工程应用，其优异表现满足了项目　实际需要。　关键词：Ｂａｙｅｒ格式图像；去马赛克；千兆以太网；ＦＰＧＡ　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３７８８／ＹＪＹＸＳ２０１４２９０２．０２５８　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｃｏｌｏｒ　ｉｍａｇｅ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　

ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

Ｉ　Ｉ　Ｈｕａ　．ＺＨＵ　Ｂｏ。’。　

基于FPGA的实时红外图像采集与预处理系统

基于FPGA的实时红外图像采集与预处理系统

文章编号：１６７２—８７８５（２０１２）１０—００２１—０４　

基于ＦＰ　ＧＡ的实时红外图像采集　

与预处理系统　

李　强　龚俊亮　

（１．６３８１１部队，四川西昌６１５０００；　

２．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）　

摘　要：设计了一套基于ＦＰＧＡ的实时红外图像采集与预处理系统。从系统总体设计　

入手，介绍了系统设计原理和硬件电路的各个组成部分。针对当今靶场设备图像处理　

在有效去除图像脉冲噪声的同时也会破坏图像细节等缺陷，结合ＦＰＧＡ在并行结构和　流水线操作方面的优势，提出了一种基于十字窗口的快速中值滤波算法在ＦＰＧＡ中实　

时实现的方法。该方法替换了靶场光学设备的高层次算法，节约了宝贵的处理时间。　

这种系统采用了模块化结构设计、流水线工作方式以及乒乓存储等多项技术。实验结　

果表明，该方法具有较强的噪声抑制能力，可提高整个系统的实时性，因而具有很高的　实用价值。　

关键词：ＦＰＧＡ；红外图像；图像采集；中值滤波　

中图分类号：ＴＰ９３１．４　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—８７８５．２０１２．１０．００５　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　

Ｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

ＬＩ　Ｑｉａｎｇ　．Ｇｏｎｇ　Ｊｕｎ—ｌｉａｎｇ。　

．ｔｈｅ　Ｕｎｉｔ　ｏｆ　６３８１１，Ｘｉｃｈａｎｇ　６１５０００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００３３，Ｃｈｉｎａｊ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ＦＰＧＡ—ｂａｓｅｄ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｉｍａｇｅ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．　Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｅａｃｈ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔａｒｇｅｔ　ｒａｎｇｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｍａｙ　ｄｅｓｔｒｏｙ　ｔｈｅ　ｄｅｔａｉｌ　ｉｎ　ａｎ　ｉｍａｇｅ　ｗｈｉｌｅ　ｉｔ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｎｏｉｓｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｉｍａｇｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａ　ｃｒｏｓｓ—　ｗｉｎｄｏｗ—ｂａｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｆａｓｔ　ｍｅｄｉａｎ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ＦＰＧＡ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ＦＰＧＡ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ—ｌｅｖｅｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ａ　ｔａｒｇｅｔ　ｒａｎｇｅ　ｉｓ　ｒｅｐｌａｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｍｕｃｈ　ｐｒｅｃｉｏｕｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　ｓａｖｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｅｖｅｒａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｄｅｓｉｇｎ，ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｐｉｎｇ－ｐｏｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｎｏｉｓｅ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｔｉｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｊ　ｉｔ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｖａｌｕｅ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　

基于FPGA的一体化实时图像采集系统设计

基于FPGA的一体化实时图像采集系统设计

第２７卷第６期　

２０１３年１２月　商洛学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｌｕｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．６　

Ｄｅｃ．２Ｏ１３　

基于ＦＰＧＡ的一体化实时图像采集系统设计　

李　华，刘　萌　

（商洛学院物理与电子信息工程系，陕西商洛７２６０００）　

摘要：为了通过ＣＭＯＳ图像探测器实时准确的获取图像。设计了一套基于ＦＰＧＡ结合ＳＤＲＡＭ　

的实时图像采集系统。根据ＣＭＯＳ图像探测器输出图像格式的特点，选用了一片Ｘｉｌｉｎｘ公司　

ＦＰＧＡ作为硬件设计平台．使用Ｖｅｒｉｌｏｇ－ＨＤＬ硬件描述语言并采用自上而下的模块化设计对整　

个系统进行硬件描述．对输出图像格式重组、图像信息添加等功能进行了详细的设计。试验结　

果表明，所设计的图像采集系统在全帧模式、２０　ｆ・Ｓ　的情况下可以实时稳定的实现图像的显　

示与存储，而且具有较好的通用性。　

关键词：ＣＭＯＳ图像探测器；ＦＰＧＡ；乒乓操作；ＳＤＲＡＭ　

中图分类号：ＴＰ３９１．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—００３３（２０１３）０６—００４１一ｏ４　

Ａｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｍａｇｅ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　

Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

ＬＩ　Ｈｕａ，ＬＩＵ　Ｍｅｎｇ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｍｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｌｕｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｌｕｏ，Ｓｈａａｎｘｉ　

７２６０００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｏｂｔａｉｎ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｍａｇｅ　ｆｒｏｍ　ＣＭＯＳ　ｉｍａｇｅ　ｓｅｎｓｏｒ，ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　

ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｍ　ｏｆ　ＦＰＧＡ　ａｎｄ　ＳＤＲＡＭ．　

基于FPGA的实时图像采集系统

基于FPGA的实时图像采集系统

第３７卷第６期　２０１６年１２月　长春工业大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．３７　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２Ｏ１６　

ＤＯＩ：１０．１５９２３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ２２—１３８２／ｔ．２０１６．６．１０　

基于ＦＰＧＡ的实时图像采集系统　

宋　宇，　刘　彬，　耿益营　

（长春工业大学计算机科学与工程学院，吉林长春　１３００１２）　

摘　要：基于ＦＰＧＡ的实时图像采集系统包括视频图像采集、ＳＤＲＡＭ图像数据存储、ＦＰＧＡ　

图像数据发送，以及ＶＧＡ终端显示。系统选择ＦＰＧＡ芯片、１２８　ＭＢｉｔ　ＳＤＲＡＭ芯片、　ＡＤＶ７１２３视频编码芯片等硬件以及Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ　１３．０软件开发工具。采用Ｍｏｄｅｌｓｉｍｌ０．０实现　

了系统仿真。　关键词：图像采集系统；ＦＰＧＡ；ＣＭＯＳ　ＳＥＮＳ０Ｒ；ＳＤＲＡＭ；ＶＧＡ　

中图分类号：ＴＰ　７５２　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—１３７４（２０１６）０６—０５６５—０５　

Ａ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｉｍａｇｅ　ｃｏｌ　ｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

ｓｏＮＧ　Ｙｕ，ＬＩＵ　Ｂｉｎ，　ＧＥＮＧ　Ｙｉｙｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　８Ｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＦＰＧＡ　ｂａｓｅｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｉｍａｇｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｖｉｄｅｏ　ｉｍａｇｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ，　ＳＤＲＡＭ　ｄａｔａ　ｓｔｏｒａｇｅ，ＦＰＧＡ　ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ａｎｄ　ＶＧＡ　ｄｉｓｐｌａｙ．ＦＰＧＡ　ｃｈｉｐ，ＳＤＲＡＭ　ｃｈｉｐ　ｗｉｔｈ　

１２８　ＭＢｉｔ　ａｎｄ　ＡＤＶ７１２３　ｖｉｄｅｏ　ｃｏｄｉｎｇ　ｃｈｉｐ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｈａｒｄｗａｒｅ，ｗｈｉｌｅ　Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ１３．０　ａｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．　Ｍｏｄｅｌｓｉｍｌ０．０　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｆｏｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．