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基于FPGA的SOPC的图像采集模块设计
詹毕旺
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2010(026)017
【摘要】在低速的数据采集系统中,往往采用单片机或者DSP进行控制;而图像采集通常由图像采集卡和计算机共同完成,整个图像采集系统功耗大,体积大.针对这些问题,提出了一种基于FPGA的SOPC的图像采集模块的设计,主要的控制逻辑由硬件完成,速度快、成本低和灵活性强.采用了可定制嵌入式系统NIOS为处理器核心,配以高速CMOS器件的驱动器和SRAM控制器,形成了一个小型化,可方便升级的可编程图像采集系统.
【总页数】3页(P134-136)
【作者】詹毕旺
【作者单位】200093,上海理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN495
【相关文献】
1.基于FPGA的图像采集模块的设计 [J], 李娟;刘艳滢
2.基于FPGA的图像采集模块的设计 [J], 李成;贺洋
3.基于SoPC的高速图像采集模块的设计 [J], 袁海林
4.基于FPGA的图像采集模块设计 [J], 孙成志;解梅;傅海东
5.基于FPGA的实时图像数据采集模块设计 [J], 伍乾永;陈彬
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毕业设计：基于图像采集技术的图像处理系统摘要：随着数字化时代的到来，图像处理技术已经成为了一个热门研究方向。
在实际应用中，图像采集技术是图像处理的关键环节。
本毕业设计主要针对图像采集技术进行研究，并设计一套基于此技术的图像处理系统。
具体包括图像采集和处理两部分内容。
在图像采集方面，采用了一种基于单片机和CMOS图像传感器实现的嵌入式图像采集系统，能够实现图像的快速采集、保存和传输。
在图像处理方面，设计了一种基于C++语言的图像处理算法库，其中包含了几种常用的图像处理算法，可通过GUI界面实现对图像的滤波、增强、变换、分割等处理操作。
实验结果表明，本图像处理系统具有较好的图像采集与处理性能，并能够满足实际应用需要。
关键词：图像采集，图像处理，嵌入式系统，CMOS传感器，C++算法库Abstract:With the advent of the digital age, image processing technology has become a hot research topic. In practical applications, image acquisition technology is a key link in image processing. This graduation project mainly focuses on the research of image acquisition technology and designs an image processing system based on this technology. Specifically, it includes two parts: image acquisition and processing. In terms of image acquisition, an embedded image acquisition system based on a single-chip microcomputer and CMOS image sensor is adopted, which can realize fast image acquisition, storage, and transmission. In terms of image processing, a C++ language-based image processing algorithm library is designed, which contains several commonly used image processing algorithms and can be used to filter, enhance, transform, segment images and other processing operations through a GUI interface. Experimental results show that this image processing system has good image acquisition and processing performance and can meet practical application needs.Keywords: image acquisition, image processing, embedded systems, CMOS sensor, C++ algorithm library。
基于SOPC的信息采集系统设计近年来，随着信息技术的快速发展，信息采集系统应用越来越广泛。
而基于SOPC的信息采集系统由于其高度集成化的技术结构和多种接口的灵活性，成为该领域中应用非常广泛的技术之一。
SOPC全称为System-on-a-Programmable-Chip，即可编程芯片系统，是一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的高度集成化设计。
SOPC技术可以将多种不同的外设集成到一个芯片上，形成一个完整的系统，并通过可编程逻辑的设计来实现多种功能。
因此，在信息采集系统设计中，SOPC技术可以实现数据采集、处理和存储等多种功能，从而提高系统的性能和可靠性。
在信息采集系统中，数据采集是最关键的一环。
SOPC技术通常通过集成多种接口实现数据采集。
例如，可选择使用模拟接口进行模拟信号的采集，使用数字接口采集数字信号，如I2C、SPI、UART等。
选择合适的接口并进行集成后，可以实现各种传感器信号的采集。
除了数据采集外，信息采集系统还需要对采集到的数据进行处理和存储。
SOPC技术同样可以支持数据处理和存储功能的实现。
例如，可通过集成处理器实现数据的实时计算，或者通过SD卡等存储介质实现数据的持久化存储等。
同时，基于SOPC的信息采集系统还支持通信接口的集成，可以通过网络等方式实现信息的传输和共享。
在系统设计过程中，还需要考虑硬件和软件的配合。
SOPC技术不仅可以支持硬件设计，还可以支持软件开发。
通过集成多种接口和软件支持，可以实现与外部设备的无缝连接和良好的用户交互体验。
总之，基于SOPC的信息采集系统具有很强的灵活性和适应性。
通过集成多种接口和处理器，可以实现多样化的功能，如数据采集、处理、存储和通信等。
同时，与外界的无缝连接和良好的用户交互体验也使得SOPC技术越来越受到关注，并被广泛应用于信息采集系统的设计中。
数据分析是一个广泛的概念，可以包括各种统计和计算方法，用于从数据中提取有意义的信息。
随着计算机技术和人工智能技术的快速发展,图像识别技术已成为人工智能的基础技术,它涉及的技术领域越来越广泛,应用越来越深入。
随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展,以形状为特征的图像识别在现代生产中的应用日益增加,不论是材料、工业自动化、遥感技术,还是产品质检都需要对形状进行检测。
因此,开发集图像信号的采集与处理于一体、具有高集成度、高保密性的图像处理系统将成为行业的发展趋势。
此外,基于32bit微处理器纯嵌入式系统的图像采集处理技术正处于方兴未艾阶段,发展前景广阔,可广泛应用于工业自动化生产、监护/防盗系统、机器人视觉等技术中。
SoPC技术是Altera公司提出的一种灵活、高效的SoC 解决方案,是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术。
本系统就是在这种背景下提出的。
其主要工作是设计一个实用的图像采集和处理平台,能完成目标图像的采集输入,并能对采集到的图像进行处理和识别。
1系统整体方案及硬件设计系统要求在FPGA片内利用SoPC技术实现便携式的图像采集与处理。
它通过对原始图像的扫描,经数字图像处理与识别后即可将得到的大容量的承载信息(包括文字、头像、指纹等个人信息在LCD上显示,并可通过USB接口将信息拷贝,或通过RS-232接口将信息上传给PC机,也可以通过GPRS将获得的信息方便快捷地发往数据中心作验证。
整个系统的核心部分是内嵌Nios II软核的FPGA,外围设备和芯片包括图像获取设备、显示器及片外SDRAM 和FLASH存储器、输入设备等。
系统结构框图如图1所示。
系统的工作过程是:系统配置完成后,视频获取设备获取视频图像,每帧图像经模数转换生成图像数据进入预处理模块,经预处理后的图像数据送入SDRAM存储器,由Nios II处理器进行图像的后续处理和控制。
处理后的图像经数模转换在监视器上实时显示。
1.1图像采集接口电路设计本系统采用美国OmiVision公司的数字式彩色CMOS图像传感器OV7640。
基于SOPC的实时图像处理系统的设计的开题报告一、选题背景及意义：随着科技的不断发展，图像处理技术得到了广泛的应用。
例如，在医学领域，图像处理技术可以用于医学影像的分析、诊断和治疗；在工业领域，图像处理技术可以用于物体检测、识别和测量等方面；在安防领域，图像处理技术可以用于视频监控和人脸识别等方面。
因此，开发一种高效、实时的图像处理系统具有非常重要的意义。
本课题选用SOPC（System on Programmable Chips，可编程芯片系统）作为硬件平台，设计一种基于SOPC的实时图像处理系统。
SOPC系统由处理器、总线、内存和I/O设备等组成，具有灵活性强、功能齐全、资源可重用等优点。
同时，SOPC系统还可以使用硬件描述语言进行设计，提高了开发效率，降低了成本。
二、主要研究内容：1. 分析SOPC系统的架构，选择适合的处理器、总线、内存和I/O设备等，并进行硬件描述语言设计。
2. 通过读取图像数据，将图像信号输入到系统中进行处理，并将结果输出。
3. 实现图像预处理、图像滤波、图像分割、形态学处理等各种实时处理算法。
4. 结合嵌入式系统和图像处理算法进行算法优化，提高系统的实时性能和处理速度。
5. 对系统进行测试和优化，并评估系统的性能指标。
三、预期成果及创新性：1. 设计出一种基于SOPC的实时图像处理系统，该系统具有灵活、高效、可重用等特点，可以广泛应用于医学、工业、安防等领域。
2. 实现图像预处理、图像滤波、图像分割、形态学处理等多种实时处理算法，并在嵌入式系统上进行算法优化，使系统具有更高的实时性能和处理速度。
3. 对系统进行全面的测试和优化，得到合理的性能指标，并推广应用于实践中。
四、拟采用的研究方法：1. 对SOPC系统的架构进行分析和设计，确定适合的处理器、总线、内存和I/O设备等，并进行硬件描述语言设计。
2. 借鉴现有的图像处理算法，分析其算法原理和实现方法，并在系统上进行实现，注意到处理算法的精度和速度的平衡。
基于SOP C的图像采集及传输系统设计孙佳帝【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】An image acquisition and transmission system based onSOPC( System On Programmable Chip) ,which is a combination of hardware and software,is designed in this paper. Adopting SOPC technology,realize image acquisi-tion,format conversion,and image cache on the FPGA,through the design of cache IP core based on DMA( Direct Memory Access) ,realize image data real-time accurate reading and transmission by Nios Ⅱ. The system proposed overc omes the previous cache image data in SDRAM is not visible for NiosⅡ,realizes reading the image data at any position accurately and effectively,is available to expand various software algorithms.%基于SOPC技术设计了一种软硬件结合的图像采集及传输系统，针对以往缓存在SDRAM中的图像数据对Nios Ⅱ的不可见性，提出在FPGA上采用SOPC技术实现图像采集、格式转换、图像缓存，通过设计基于DMA的高速缓存IP 核，实现Nios Ⅱ对图像数据的实时、准确读取及传输。
基于SoPC的自感知运动图像采集系统设计引言近年来，嵌入式图像采集技术得到快速发展，但由于嵌入式系统的处理、传输和存储数据的资源有限，常成为系统采集速度的瓶颈，很难实现高速稳定的采集。
SoPC是近几年兴起的一种用于嵌入式开发的片上系统可编程技术，SoPC基于FPGA芯片，将处理器、存储器、I／O口等模块集成在一起，完成整个系统的主要逻辑功能，具有设计灵活、可剪裁、可扩充、可升级及软、硬件在系统可编程的功能。
由于SoPC平台可以拥有微处理器系统丰富的软件资源和出色的人机交互能力，同时又具备FPGA系统的快速硬件逻辑特性，实现了软件系统和硬件系统的互补，因此发展前景非常广阔，被认为是未来嵌入式系统发展的方向。
在此试图设计一种基于SoPC的自感知图像采集系统，使其能够应用于低成本、低功耗的微型嵌入式图像监控和采集系统，以期在更多适合的应用场合替代传统基于PC的图像监控方案。
在已见文献报道中，基于SoPC的图像采集系统设计大多只是把采集的数据缓冲在SDRAM或SRAM中，有些文献则进一步提出将缓冲后数据直接通过并口传输给主控芯片，有的方案则是由USB接口或以太网接口输出主机，另外有的文献则提出直接将数据存储到CF卡或硬盘中，而在SoPC系统直接实现SD卡的图像采集数据文件存储在国内还未见报道。
另外还提出了一种新的适合在FPGA硬件实现的快速运动检测算法，并和图像采集、SD卡图像数据存储接口电路集成在同一FPGA芯片内部。
在此这一图像采集系统的结构、工作原理以及系统设计等加以介绍。
1 系统结构及工作原理该系统选用的。
FPGA芯片是Altera公司CycloneⅡ系列的EP2C35。
该芯片具有35 000个逻辑单元、672个引脚、475个用户自定义I／O接口、35个嵌入式乘法器和4个锁相环。
FPGA芯片外接美光公司型号为MT9M011的130万像素的CIS(CMOS图像传感器，分辨率为640×480时60帧／s)、Hynix公司的型号为HY57V641620HG的SDRAM(4 Banks×1 M×16 b)，以及用来图像显示验证的液晶屏等。
基于SOPC的通用图像处理系统设计Design of an Universal Image Processing System Based on SOPC位娜, 卞春江, 胡钛Wei Na, Bian Chun-jiang, Hu Tai（中国科学院研究生院，中国科学院空间科学与应用研究中心，北京，100190） Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Center for Space Science and Applied Research Chinese Academy of Sciences, Beijing, China, 100190摘要：本文介绍了基于SOPC的通用嵌入式图像处理系统的实现方法，其中叙述了SOPC及NiosⅡ嵌入式处理器的特点和使用，分别具体说明了系统的硬件结构设计和图像处理算法的流程及软件实现，采用此系统可以大大简化图像处理系统的硬件和软件设计，优化系统设计。
关键字：SOPC(可编程片上系统)；嵌入式处理器；JPEG(静止图像压缩)中图分类号：TP752.1 文献标识码：AAbstract: In this paper, an universal image processing system based on SOPC is presented and designed. And the basic knowledge and characteristics of SOPC and Nios Ⅱembedded processor are introduced. The hardware design of the system and the software realization of image processing are discussed in detail. The design has quite simplified the design of an image processing system, and optimized the system design.Keyword: SOPC(System on a Programmable Chip); Embedded Processor; JPEG引言随着计算机和多媒体技术的发展，图像等多媒体信源的传输处理显得日益重要，各种图像压缩处理的标准、协议也相继出现，其中JPEG静止图像压缩编码是图像压缩的一项重要技术，也是图像压缩的一个基本指标。
基于SOPC的图像采集处理系统设计的开题报告一、研究背景及意义图像采集处理系统是数字图像处理的核心之一，它在现代科学、工程、医学等领域发挥着至关重要的作用。
基于SOPC的图像采集处理系统，是一种基于高性能FPGA实现的嵌入式实时图像处理系统，其性能比普通CPU处理更加优越，因此具有非常广阔的应用前景。
本研究旨在设计一个基于SOPC的图像采集处理系统，以提高数字信号处理的效率和实时性，在工业控制、医疗诊断、智能交通等领域都有着广泛的应用。
二、研究内容及目标本课题的研究内容主要包括以下三个方面：1.基础知识和工具的学习：对SOPC的原理、操作方法以及常见图像处理算法、数字信号处理等基础知识进行深入学习。
2.硬件系统设计：搭建基于SOPC的硬件系统，设计并实现模数转换器、图像缓存、图像处理模块等硬件模块。
3.软件部分的实现：基于NIOS II嵌入式微处理器，使用C语言进行编程实现，以完成图像处理算法的设计和实时数据采集处理。
基于以上三个方面的研究，本课题的主要目标是设计并实现一个基于SOPC的图像采集处理系统，包括硬件系统和软件实现，该系统应具有高速、高效的数字信号处理和实时性能，具备广泛的应用前景和市场竞争力。
三、研究方法1.理论学习：学习数字信号处理基础理论、SOPC系统设计原理、嵌入式软硬件设计等相关知识，对该领域内的最新研究成果、技术发展趋势等进行系统的调查和分析。
2.硬件设计：搭建基于ALTERA FPGA开发板的硬件系统，采用Quartus II软件进行设计、调试和综合。
3.软件实现：结合硬件模块，使用NIOS II处理器进行软件开发，并设计相应的算法实现图像采集、处理和显示等功能。
四、研究计划时间 | 任务安排------- | -------第1-2个月 | 了解SOPC系统设计的理论知识，熟悉图像处理算法，并对整体方案有一个初步的认识第3-4个月 | 学习Quartus II软件的使用，进行基于SOPC的硬件设计并搭建系统第5-8个月 | 进行软件开发，熟练掌握NIOS II处理器的使用，完成图像采集、处理、显示等的软件实现第9个月 | 调试整个系统，进行综合测试和性能评估，并进行改进和优化第10-12个月| 编写论文，进行实验数据分析和结果总结，撰写论文，准备答辩五、预期成果本课题的预期成果包括：1.一个基于SOPC的图像采集处理系统，能够实现实时数据采集、处理、显示等功能，具备高效率、高速度、高准确性的优点。
