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基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统设计夏湖培;苏新彦;刘培珍;刘宾【摘要】针对单个线阵相机在大视场下传感器边缘失光的问题,提出了在保证分辨率的前提下使用多个相对较低像素的相机拼接,对视场进行分担的方法;设计了一种基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统,系统整体像素为4 096 Pixels,行频为2.5 kHz;详细介绍了系统的工作原理、硬件构成和各芯片的程序设计,实现了基于FPGA的多相机图像实时校正算法,并将校正后的图像通过高速USB芯片传输到采集软件;实验结果表明,在视场较大的条件下同等像素的拼接式相机相比单相机在视场边缘具有更好的成像质量,且需要的物距更短,可应用于对多离散目标的检测.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2014(022)012【总页数】3页(P4058-4059,4062)【关键词】大视场;线阵相机;拼接;图像校正【作者】夏湖培;苏新彦;刘培珍;刘宾【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TB8520 引言线阵相机是采用线阵CCD 或者CMOS作为图像传感器的相机，因其扫描速度快、分辨率高、非接触的特点，广泛应用于分拣、掺杂等工序中对多目标的实时检测［1－3］。
当检测区域较大时，传统方法是选择高像素的传感器和大孔径、大视场的光学成像系统。
由于光能损失，光学成像系统的轴外像点光能量减小，使得像面上的光能分布不均匀，在线阵相机中表现为同样的光强照射下，传感器的光敏单元的输出不是直线，而是一条中间高，两端低的曲线［4－6］。
这种现象在大孔径、大视场的光学成像系统中更加明显，甚至有可能导致传感器边缘像素无法使用，严重影响了相机检测性能。
针对单相机大视场下传感器边缘失光的问题，设计了拼接式CMOS线阵相机系统，在保证分辨率的前提下将多个较低像素的相机直线拼接，对视场进行分担，从而减轻单个相机的失光。
摘要随着超大规模集成电路工艺技术的高速发展，CMOS图像传感器性能不断完善，感光阵列不断增多，在工业化、民用视频、军事侦察、空间遥感成像等领域得到广泛应用。
图像的处理也越来越多的加入了FPGA及CMOS等集成电路的应用。
FPGA（Field-Programmable Gate Array）,即现场可编程门阵列等可编程器件也相应的发展起来。
它作为专用集成电路（ASIC）既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
本文完成了基于FPGA的CMOS图像传感器控制系统中的硬件电路的设计部分，此次设计采用了Altera公司的CycloneⅢ EP3C25Q240进行配置和验证，使用的CMOS图像传感器为CYPRESS公司的LUPA 1300-2，论文中详细分析了LUPA 1300-2 CMOS图像传感器的工作特点，FPGA结构特点，工作方式，及如何使用Cadence进行电路设计及其优势所在。
关键字：FPGA，CMOS，现场可编程门阵列，Cadence ，ASICABSTRACTVLSI technology with the rapid development, CMOS image sensor performance continues to improve, increasing photographic array, in the industrial, commercial video, military, reconnaissance, space remote sensing imaging and widely used. Image processing is also more and more joined the FPGA and CMOS integrated circuits and other applications. FPGA(Field-programmable Gate Array), or field programmable gate arrays and other programmable devices are developed accordingly. As application specific integrated circuit(ASIC) will resolve the lack of custom circuits, and programmable devices to overcome the original shortcomings of a limited number of gates. This complete FPGA-based control system for COMS image sensor which the hardware circuit design, the design uses Alter’s Cyclone Ⅲ EP3C25Q240 configuration and validation, the use of CMOS image sensor for the fill factory company LUPA 1300-2, paper, detailed. Analysis of the LUPA 1300-2 CMOS image sensor features the work, FPGA structure characteristics, work, and how to use Cadence circuit design and its advantages.KEY WORDS：fpga，coms，validation第一章前言随着人类文明的发展，人们对外界信息的需求量也越来越多。
第24卷 第5期2009年10月液 晶 与 显 示Chinese Journal of Liquid Crystals and DisplaysVol 124,No 15Oct.,2009文章编号:100722780(2009)0520746205基于CMOS 摄像头与FPGA 的位置检测系统设计徐正平1,2,葛文奇1,杨守旺1,2,运国勤1,2,赵秀影1,3,王德江1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033,E 2mail :xuzp090@ ;2.中国科学院研究生院,北京 100039;3.空军航空大学,吉林长春 130022)摘 要:提出采用CMOS 数字摄像头采集并提取黑色胶条位置来控制冷却转鼓速度的方法。
系统以FP GA 作为核心控制器,采用两片SRAM 进行乒乓操作,FP GA 根据CMOS 摄像头输出的同步信号,将采集到的图像信息存储到一片SRAM 中,同时读取另一片SRAM 中的图像数据并进行图像处理,黑色胶条位置检测采用简单的灰度阈值二值化方法。
给出了部分采集图像及仿真结果。
采集图像显示,CMOS 摄像头成像质量满足工程要求。
仿真结果表明,系统实现了SRAM 的乒乓操作,并完成了黑色胶条位置检测。
系统与冷却鼓连接,实际运行可靠。
关 键 词:CMOS 数字摄像头;位置检测;现场可编程逻辑器件;OV6620中图分类号:TP212.9 文献标识码:A 收稿日期:2009203215;修订日期:2009203226 基金项目:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所创新工程资助项目(No.Z J 99130B );中国科学院知识创新工程领域前沿资助项目(No.O70Y32R070)1 引 言密封胶条自动化生产过程包括胶条挤压成型、冷却及自动缠绕包装。
挤压成型后的胶条粘性大,必须进行冷却后才能进行自动缠绕包装。
可以将胶条缠绕在冷却鼓上进行自然冷却。
自然冷却鼓的旋转速度需与胶条输出速度相匹配。
基于DDR3的CMOS高速图像采集系统的FPGA设计与实现-->第1 章绪论1.1 研究目的与意义由于人类社会的发展和科技水平的进一步提高，我们的生活越来越数字化，其中数字图像采集系统扮演了非常重要的角色。
数字图像采集是指将真实世界中的模拟图像经过图像传感器转换成数字图像后，再经过计算机的传输处理，最终显示出来的过程。
例如最贴近生活的照相机、医疗成像、视频通话、卫星地图等等[1]，让我们足不出户就可以看到几千公里以外的世界，方便了人们日常生活，所以对高速稳定图像采集系统的设计研究具有重要的理论意义和实际意义。
...............1.2 国内外研究现状和发展趋势由于西方发达国家的科技水平比较先进，而且他们很早就已经开始了对图像采集系统的研究，在理论方面和实际产品中具有较为丰富的经验和研究成果。
尤其是在工业、军事、宇航等方面具有广泛应用的高帧频相机数据采集方面，国外的公司一直处于世界领先地位[7]。
美国VR 公司研发的Phantom V642型号高速摄像机，它的最高分辨率为2560×1600，每秒的最高拍摄帧频能够达到1450 帧；普通1280×1024 分辨率下，拍摄帧频高达3780 帧/秒。
在高速数据采集方面，德国Spectrum 公司最新推出的的M4i 系列高速数据采集卡，可实现高达5GS/s 的采样率，并且支持32 通道同步采集[8]。
...............第 2 章CMOS 图像采集系统相关技术介绍2.1 CMOS 图像传感器简介CMOS(plementary Metal-Oxide-Semiconductor)互补金属氧化物半导体图像传感器是使用制造集成电路常用的CMOS 工艺，将像素阵列单元、放大电路、模数转换器、时序控制逻辑、信号处理单元和外部接口单元这些功能模块全部集成在一片芯片上，从而实现图像采集的功能。
CMOS 图像传感器集合了集成度高、成本低、功耗低等优点[12]，具有较广的应用范围。
基于FPGA的高性能CMOS图像采集系统设计樊春玲;范立超;明星;郭文记;邵巍【摘要】针对高性能CMOS图像传感器数据传输速度快、数据量大的特点,为了满足高性能图像采集系统的设计要求,基于高性能CMOS图像传感器CIS2521芯片,通过研究图像传感器芯片的工作方式及驱动控制特点,设计了一套以FPGA芯片作为控制核心处理器件,搭载CameraLink作为传输接口,以此来实现对高速图像数据的采集、缓存和传输等功能,为此本文给出了详细的硬件设计和实验结果验证.实验结果表明:该系统具有高性能、速度快、体积小、重量轻、速度快、集成度高等优点.%In order to meet the design requirement of high-performance image acquisition system,by studying the working mode and driving control characteristics of the image sensor,a speed image acquisition is designed based on high-performance CMOS image sensor CIS2521 chip,we choose FPGA as the control core processing device and equipped with CameraLink as the transmission interface to achieve high-speed image data acquisition,caching and transfer functions.This paper has given detail hardware design and experimental verification.The experimental results show that the system has the advantages of high-performance,fast speed,small volume,light weight,high speed and high integration.【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】5页(P114-118)【关键词】CMOS图像传感器;高性能图像数据采集;FPGA;CameraLink接口【作者】樊春玲;范立超;明星;郭文记;邵巍【作者单位】青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042;中国科学院光电研究院,北京100094;中国科学院光电研究院,北京100094;青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TP212目前，市面上的图像传感器主要分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)两种，随着半导体制造工艺的发展，CMOS图像传感器在分辨率、灵敏度、信噪比、功耗、集成度等方面取得了重大的突破[1-2]。
技术平台菌等，投放前要对水质污染情况进行采样，对原水内主要污染源进行类型分析，避免微生物菌群和水体环境冲突造成的净化效果不良。
例如在含氧量较低的水中投放好氧菌，则净化效果会适得其反，相关管理人员需额外注意［5］。
3.3 基于自控技术下的饮用水的深度处理工艺国家对于自来水的净化标准有明确的条例规范，除重金属等化学有害物外，对大肠杆菌等活性菌群的控制有严格标准。
对于活性菌群的净化除采用超滤技术外，通常采用的是加药加氯的方法降低有机微生物的密度，使其单位含量控制在国标范围内，但大量给药和加氯会使自来水产生异味和二次污染。
尽管这一阶段的净化已经使自来水达到居民使用标准，但为提高水质，还需采用活性炭处理技术对自来水中的杂质进行二次处理，利用活性炭等强吸附性材料进行物理净化，驱除水中的异味和有机污染物，达到深度处理的目的，保障水质的绝对安全［6］。
4 结论自来水厂的自动化控制系统融入了智能控制技术、传感技术、自动化技术等多项新技术，用于实现完整的自动化控制能力。
在自控技术支持下，生物预处理工艺、膜法水处理、饮用水深度处理工艺的发展获得了新的进步，随着相关技术的进步，未来我国将实现自来水管道直饮水及水资源的高效净化，自动化工艺展现着较好的发展前景。
望本文研究内容得到相关企业的关注，加速自控化系统建设，引进先进自来水处理工艺，为保障社会用水需求及提升自来水企业经济效益提供建设性意见。
参考文献：［1］许甜.城市水处理厂自动化系统的研究与设计［D］.西安建筑科技大学，2015.［2］孟佳.城市水处理厂自动化系统的研究与设计［J］.工业c，2016，18（9）:00081-00081.［3］焦健.基于PLC的电气自动化控制水处理系统研究［J］.建筑工程技术与设计，2016，18（13）：10010-10011.［4］刘海波.净水厂水处理工艺中的相关问题研究［J］.城市建设理论研究:电子版，2015，28（15）：10050-10052.［5］沈颢.基于城镇污水处理厂工艺设计及特点研究［J］.房地产导刊，2016，23（32）：232-233.［6］张雷，张益宾.净水厂水处理工艺中相关问题研究［J］.城市建设理论研究:电子版，2015，35（3）：180-181.基于FPGA的CNSS定位装置的设计叶先万，兰润琦，刘聪鑫，吴松和，何仲涛*（湖北大学计算机与信息工程学院，湖北 武汉 430062）摘 要：针对目前市场上出现的大部分新型智能定位设备技术复杂、工作效率低、定位精准度不高等问题，文章自主设计出了一种全新的定位装置。
基于FPGA的CMOS线阵图像传感器数据采集系统设计作者：樊红星张小超刘磊周鹏赵博来源：《现代电子技术》2015年第14期摘 要： 针对日本滨松公司的CMOS 线阵图像传感器G9214⁃512S ，设计基于FPGA 的同步工作模式的图像数据采集系统，使用VHDL 语言对此系统进行描述，并用Xilinx ISE Design Suit 自带的ISim 软件对设计的时序进行仿真。
采用Xilinx 公司的Spartan 3XC3S200A ⁃4VQ100进行FPGA 配置和验证，仿真结果表明该数据采集系统的时序正确，具有较高的实用价值。
关键词： FPGA ； CMOS 传感器； 数据采集系统； 模/数转换器中图分类号： TN98⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）14⁃0129⁃040 引言近红外（NIR）光谱仪是一种测量物质对近红外辐射的吸收率或透过率的分析仪器，由于其检测过程绿色，无损，快速等特点，已经广泛应用于农业、食品工业、石油化工、生物化工、制药业地质学等领域，近红外光谱仪也因此成为近年来分析仪器的热点研究领域之一[1]。
作为近红外光谱仪核心器件的光电传感器的发展，对高性能光谱仪的研发起到了重要的推动作用。
过去，光谱仪的光电传感器采用CCD传感器，但由于CCD型传感器耗电量大、工艺复杂、成本较高、驱动程序复杂，因此，基于CCD的近红外光谱仪的发展缓慢。
随着半导体技术的进一步发展，CMOS传感器诞生，相对于CCD传感器来说，CMOS图像传感器具有成本低、功耗低，集成度高、体积小的优点，已经逐渐替代CCD应用于各种光电检测系统中，因此，开发基于CMOS传感器的光谱仪，发展前景广阔，具有较高的市场价值与实用价值[2]。
本文分析了G9214⁃512S图像传感器的工作模式，采用FPGA技术完成了其数据采集系统，使用VHDL语言对所设计系统进行描述，最后用Xilinx ISE Design Suit软件自带的ISim 仿真软件对其进行仿真和验证，结果证明该数据采集系统的时序正确性。
基于FPGA的低照度CMOS的图像处理与检测技术研究摘要随着时代的不断发展，人们对图像处理和检测技术的需求量不断的增大，基于FPGA的运动目标检测技术是其重要的组成部分，成为研究的热点。
本课题设计了一种基于FPGA的低照度CMOS运动目标检测系统。
30639本文首先阐述了运动目标检测的几种方法，低照度CMOS的研究意义及其研究现状，本文研究的背景和研究的内容。
接着详细介绍了本课题所用到的软硬件平台，主要包括低照度CMOS摄像头，FPGA开发板，显示器，电源以及所用到的软件平台。
最后在搭建好的的运动目标检测的硬件平台的基础上进行视频信号的AD和DA转化并且运用背景相减法进行目标检测。
具体工作如下：首先，通过对图像格式进行分析，运用verilog编程并运用signaltap进行调试，并成功视频信号的接收和发送。
接着，对SRAM的读写进行编程和调试，实现存储背景信息；最后，运用背景相减法，进行图像检测和处理。
关键词运动目标检测 Quartus II 数模转换模数转换低照度CMOS 背景相减法毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要Title Based on the FPGA low illumination CMOS imageprocessing and detection technology research AbstractIt is constantly increasing of image processing and detecting technology with the development of the time. The night moving targets detection based on FPGA technology is an important part of this technology and become research hot spot.And the moving target detection technology has been widely used in military, traffic, security monitoring,etc.Therefore, research on moving target detection invested a lot of manpower and material resources at home and abroad.This topic has designed a kind of low illumination CMOS motion target detection system based on FPGA.源自First ,this article expounds the moving target detection and low illumination CMOS research significance and research status.Second then this topic by using the software and hardware platform is introduced, mainly including low illumination CMOS camera, the FPGA development board, display, power supply, etc.It achieves the goal of frame differential method detection method on the basis of the existingmotion target detection.Finally, through the analysis of the moving object, and using verilog programming, realizing the collection of the signal, processing and output.the video acquisition based on FPGA, display and the goal of sports into the alarm function.Keywords moving object detection Quartus IIdigital-to-analogue conversion Frame Difference analog-digital conversion low-light-level CMOS 目次1 绪论 11.1 运动目标检测的研究意义以及研究现状 11.2 低照度CMOS的研究意义及研究现状 11.2.1 国外低照度CMOS发展现状 21.2.2 国内低照度CMOS发展现状 31.2.3 低照度CMOS的发展条件及趋势 41.3 本课题的研究背景 51.4 本课题的工作内容 52 低照度CMOS图像处理软硬件平台 62.1 低照度CMOS图像处理硬件平台主要构成 62.1.1 FPGA开发板系统组成 6 :2.1.2 低照度CMOS的技术指标 82.1.3 PAL制信号 92.1.4 显示器 122.1.5 6V稳压电源 122.2 低照度CMOS图像处理软件平台 122.2.1 Quartus II 122.2.2 verilog硬件描述语言 132.3本章小结 133 算法设计与实现 143.1 图像检测系统设计及编程实现 143.1.1 TVP5150进行图像视频的采集 143.1.2 SRAM的读写控制 173.1.3 信号的处理和报警控制 203.1.4 ADV7123进行图像的输出显示 233.1.5 各模块的连接与总程序编写 263.2 实验的步骤和功能的实现 273.2.1 各部分之间的连接 273.2.2 CMOS相机的检测 283.2.3 实现接收和发送模块 283.2.4 实现SRAM的接收存储 293.2.5 实现SRAM读出和监控报警的功能 29 3.3 本章小结 29结论 30致谢 31参考文献321 绪论1.1 运动目标检测的研究意义以及研究现状1.2 低照度CMOS的研究意义及研究现状1.2.1 国外低照度CMOS发展现状1.2.2 国内低照度CMOS发展现状1.2.3 低照度CMOS的发展条件及趋势由于CMOS具有体积小，速度快等优势，才使得它可以随着安防行业网络化的浪潮成为高清IPC的首选方案，打破了CCD在模拟时代的垄断地位。
基于FPGA+COMS的小型彩色数字相机系统设计李华【摘要】In order to meet the actual needs of the engineering project, light and compact real-time digital camera was designed based on FPGA combined with CMOS sensor. Based on the characteristics of the system, one Field Programmable Gate Array (FPGA) is chosen as the hardware design platform, and the whole circuit such as sensor timing, image reshaping and demosaicking are described with Verilog-HDL to perform the modularization design from top to bottom. Experimental results show that continuous and real-time 1 280*1 024 resolution data read-out could be achieved at speed 25 f·s-1.%押为了满足实际项目需求，设计了一套基于FPGA结合CMOS图像探测器的轻小型彩色数字相机系统。
根据项目特点，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，对图像探测器时序驱动、输出图像格式重组、彩色图像恢复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1280*1024模式、25 f·s-1的情况下可以实时稳定的实现彩色图像的显示与存储。
0 引言随着电子工艺技术的进步，CMOS图像传感器在工业相机领域获得了广泛的应用，成为工业相机的主流传感器类型。
CMOS图像传感器作为一种代表性的固体成像传感器，它主要由像素阵列、行列驱动器、时序控制器、模拟信号处理、模数转换器、数据总线输出接口等部分组成。
相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有重量轻、占用空间减少、工艺简单、功耗低、总价低等优点，适合于大规模的批量生产和应用。
FPGA当前在很多领域被用户广泛使用，具有集成度高、体积小、速度快、开发周期短、用户可自定义功能、设计灵活等优点。
在图像处理领域，依靠FPGA内部并行数据处理能力可以完成复杂的运算，对于高速、大数据量的视频流信号可以实现实时、可靠的运算处理。
一些高性能FPGA内部还集成了数字信号处理器件单元，这对于实现数字信号处理更为便利。
1 系统设计在本系统设计中，FPGA作为主控芯片负责管理整个系统电路。
完成CMOS图像传感器的寄存器参数配置主要通过I2C接口实现。
根据I2C协议可以调整CMOS图像传感器的像素显示窗口范围，消隐行范围、增益范围等。
由CMOS图像传感器采集图像信息，输出并行10比特接口数据送给FPGA。
10比特接口数据为RAW数据，数据格式为Bayer阵列。
FPGA 将Bayer阵列像素信号转换成RGB信号，RGB信号被放入SDRAM中进行缓存，由FPGA内部的SDRAM控制器模块对外部SDRAM芯片进行数据读写操作，将RGB数字图像数据送给数模转换器进行数模转换，输出RGB模拟信号，再经由VGA接口送到显示器上完成图像显示。
本设计系统框图如图1所示。
图1 CMOS图像传感器采集系统2 硬件设计本设计的FPGA芯片采用ALTERA公司的Cyclone IV芯片，具有低成本、低功耗的特点。
选用的Cyclone IV芯片中，嵌入式存储器最高可为6.3Mb，逻辑单元最大为150K，18 ×18乘法器最大为360个，可以实现DSP处理协议桥接应用及密集型应用。
基于FPGA的CMOS图像传感器的方案开发摘要：本文基于 FPGA和 CMOS图像传感器，使用Verilog 语言对CMOS传感器的图像信号进行采集，缓存，ISP，然后经过USB3.0传输到PC上位机进行显示，完成了对图像的整体采集方案。
最后经过试验，证明该系统是正确的，有效的。
本系统可用于工业检测，汽车环视，医疗影像及其他行业，具有很高的实用价值。
关键字：FPGA；CMOS；易灵思；安森美引言传感器是一种非常常见的光电转换的设备，它将每个物理位置上间断的采样触发点上的光强，色彩，电流大小，电压大小等信号按照特定规律转换成有矢量性质的连续数字信号。
在过去的的图像传感器工艺中中，采用了光学镜头和光敏二极管完成对图像信息的采集。
然而随着制程的发展，需要更高精度和更高分辨率的采集方案。
因此，本文提出了一种基于FPGA和CMOS图像传感器的驱动方案。
FPGA实现了sensor的图像信号的采集和处理，并对sensor进行控制；同时，对处理后的数据进行传输到上位机的操作。
通过FPGA与CMOS图像传感器之间的数据交换，完成了CMOS图像传感器的驱动电路设计。
这种方案具有高灵敏度、大动态范围和高色彩还原能力等优点，可用于各种图像采集应用场景一、CMOS驱动系统设计在 CIS驱动系统中，以sensor为中心，完成了对图像传感器的数据读取和寄存器控制写入。
在此基础上，时序模块由 Verilog HDL语言编制而成，由SPI 有效图像寄存器配置，LVDS图像信号输入、LVDS图像信号同步校准三部分组成。
其中，spi 读写寄存器配置信息，FPGA上电后读取ROM信息进行配置，；LVDS共14个通道，传输奇偶两组图像数据，传输速率777.6Mbps，不间断采集；在传感器稳定工作后，FPGA判断采集的数据是否和传感器发送的一致来进行时钟相位的校准；达到一致后，即完成了CIS驱动模块的设计。
1.1sensor参数XGS-12000 是一种集模拟图像采集、模数转换、数字信号处理于一体的CMOS有源图像传感器。
基于FPGA的CMOS摄像驱动设计首先，FPGA需要通过相应的接口与CMOS摄像头进行连接，以获取摄像头的原始数据。
这个接口包括数据总线（如CSI（Camera Serial Interface））和控制信号（如时钟信号、复位信号等），通过这个接口，FPGA可以与摄像头进行数据交互。
接下来，FPGA需要设计相应的电路来处理和控制摄像头数据。
这个电路通常包括数据采集、数据缓存、色彩处理和数据输出等功能。
在数据采集中，FPGA需要根据摄像头的时钟信号，按照一定的频率进行数据采样，将模拟信号转换为数字信号。
同时，需要保证数据采集的精度和稳定性，以获得高质量的图像数据。
在数据缓存中，FPGA会设计相应的缓存区来存储采集到的图像数据。
这个缓存区可以是一块片上存储器（SRAM）或外部存储器（如SDRAM），用于存储多帧的图像数据。
在色彩处理中，FPGA可以利用其可编程逻辑单元，设计多种算法来对图像数据进行处理。
例如，可以进行图像去噪、亮度调整、对比度增加、颜色增强等操作，以改善图像质量。
最后，在数据输出中，FPGA需要将处理后的图像数据按照特定的格式进行输出。
这个格式可以是标准视频格式（如NTSC、PAL等），也可以是用户自定义的格式。
同时，FPGA还可以提供额外的接口（如HDMI、VGA、Ethernet等），用于将图像数据传输到外部设备，如显示器、计算机或网络中。
总结起来，基于FPGA的CMOS摄像驱动设计涉及到与摄像头的数据交互、数据采集、数据缓存、色彩处理和数据输出等多个方面。
其中，FPGA作为主控芯片，通过其高度可编程的逻辑单元和丰富的外部接口，实现了对摄像头数据的控制和处理，从而提供高质量、多功能的图像采集和处理能力。
这种系统架构在机器视觉、数字视频等领域具有广泛的应用前景。
基于CMOS摄像头与FPGA的位置检测系统设计徐正平;葛文奇;杨守旺;运国勤;赵秀影;王德江【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2009(024)005【摘要】提出采用CMOS数字摄像头采集并提取黑色胶条位置来控制冷却转鼓速度的方法.系统以FPGA作为核心控制器,采用两片SRAM进行乒乓操作,FPGA根据CMOS摄像头输出的同步信号,将采集到的图像信息存储到一片SRAM中,同时读取另一片SRAM中的图像数据并进行图像处理,黑色胶条位置检测采用简单的灰度阈值二值化方法.给出了部分采集图像及仿真结果.采集图像显示,CMOS摄像头成像质量满足工程要求.仿真结果表明,系统实现了SRAM的乒乓操作,并完成了黑色胶条位置检测.系统与冷却鼓连接,实际运行可靠.【总页数】5页(P746-750)【作者】徐正平;葛文奇;杨守旺;运国勤;赵秀影;王德江【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;空军航空大学,吉林,长春,130022;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TP212.9【相关文献】1.基于CMOS摄像头的循迹智能车系统设计 [J], 郝铭轩2.基于CMOS摄像头和平行激光束测距系统设计 [J], 李龙星;李波;牟春阳3.基于CMOS摄像头循迹的四轮智能车控制系统设计 [J], 吴西伟;沈世斌4.基于CMOS摄像头的循迹智能小车控制系统设计 [J], 李万敏;王彦5.基于CMOS摄像头循迹的智能车控制系统设计 [J], 郑亚利;古训因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第24卷 第5期2009年10月液 晶 与 显 示Chinese Journal of Liquid Crystals and DisplaysVol 124,No 15Oct.,2009文章编号:100722780(2009)0520746205基于CMOS 摄像头与FPGA 的位置检测系统设计徐正平1,2,葛文奇1,杨守旺1,2,运国勤1,2,赵秀影1,3,王德江1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033,E 2mail :xuzp090@ ;2.中国科学院研究生院,北京 100039;3.空军航空大学,吉林长春 130022)摘 要:提出采用CMOS 数字摄像头采集并提取黑色胶条位置来控制冷却转鼓速度的方法。
系统以FP GA 作为核心控制器,采用两片SRAM 进行乒乓操作,FP GA 根据CMOS 摄像头输出的同步信号,将采集到的图像信息存储到一片SRAM 中,同时读取另一片SRAM 中的图像数据并进行图像处理,黑色胶条位置检测采用简单的灰度阈值二值化方法。
给出了部分采集图像及仿真结果。
采集图像显示,CMOS 摄像头成像质量满足工程要求。
仿真结果表明,系统实现了SRAM 的乒乓操作,并完成了黑色胶条位置检测。
系统与冷却鼓连接,实际运行可靠。
关 键 词:CMOS 数字摄像头;位置检测;现场可编程逻辑器件;OV6620中图分类号:TP212.9 文献标识码:A 收稿日期:2009203215;修订日期:2009203226 基金项目:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所创新工程资助项目(No.Z J 99130B );中国科学院知识创新工程领域前沿资助项目(No.O70Y32R070)1 引 言密封胶条自动化生产过程包括胶条挤压成型、冷却及自动缠绕包装。
挤压成型后的胶条粘性大,必须进行冷却后才能进行自动缠绕包装。
可以将胶条缠绕在冷却鼓上进行自然冷却。
自然冷却鼓的旋转速度需与胶条输出速度相匹配。
若自然冷却鼓速度过大,胶条将会被拉伸,导致胶条厚度减小,甚至拉断;若自然冷却鼓速度过小,胶条将会堆积进而粘在一起。
因此,必须实时检测胶条位置,以调节冷却鼓转速。
数字摄像头已在非接触测量中得到了广泛应用[1,2]。
由于CCD 摄像头驱动电路复杂[3-6],而CMOS 数字摄像头驱动电路简单,数据采集方便,所以本系统采用微小型CMOS 摄像头OV6620对胶条成像,将采集到的信息送入FP GA ,FP GA 对图像信息进行处理[7],将得到的位置信息经RS232串口传送到冷却鼓速度控制系统,以实时调整冷却鼓的转速。
2 系统结构设计与分析系统整体结构分为4部分:CMOS 摄像头数据采集与存储、数据处理及RS232串口通信。
系统整体设计如下:FP GA 依据摄像头输出的同步信号采集图像信息,整个系统采用双SRAM 进行乒乓操作:在向1片SRAM 进行写操作时,读取另1片SRAM 中存储的图像信息进行处理。
FP GA 将得到的胶条位置信息通过RS232串口送出。
系统功能结构简图如图1所示。
图1 系统功能结构简图Fig.1 Functional block diagram of the system2.1 OV 6620信号分析CMOS 数字摄像头选用Omni Vision 公司生产的OV6620彩色数字摄像头,该摄像头分辨率为292×356,像元尺寸为9.0μm ×8.2μm ,帧频第5期徐正平,等:基于CMOS 摄像头与FP GA 的位置检测系统设计747 为25Hz ,每帧两场:奇数场和偶数场,即每20ms 输出一场。
数字输出格式为YCrCb 4∶2∶2,GRB 4∶2∶2,R G B 4∶2∶2可选。
OV6620上电后输出同步信号FODD ,VS YNC ,HREF ,PCL K 及图像灰度信号Y[7..0]、色度信号UV [7..0]。
OV6620模块供电电压为5V ,各输出信号为T TL 信号,FP GA I/O 口供电电压为3.3V ,因此,FPA G 与OV6620之间接口必须添加电平转换芯片,本系统选用74L V T16245。
各信号时序图如图2所示。
图2 OV6620信号时序图Fig.2 Signal timing diagram of the OV6620图2中,FODD 为奇偶场信号:FODD =1时对应奇数场,FODD =0时对应偶数场;VS YNC 为场同步信号,VS YNC 下降沿标志着新一场的开始;行同步信号HREF 的周期约为64μs ,占空比约为62.5%;PCL K 为像素时钟,周期为112ns ,像素时钟一直存在;Y ,UV 分别为图像灰度信号和色度信号,该信号只有在HREF =1时才输出图像有效信号,其余时间输出固定信号,其中Y 信号在HREF =0期间输出16H ,对应图像灰度最小值。
2.2 SRAM CY7C1011DV 33信号分析为了能对所得到的图像数据进行处理,提取黑色胶条位置信息,需要将图像数据进行缓存。
由于SRAM 读写方便,本系统采用Cypress 公司生产的C Y7C1011DV33进行图像存储。
C Y7C 21011DV33为128K ×16SRAM ,其真值表如表1所示。
从表1可以看出,SRAM 片选信号低位有效,高低字节分别由独立控制位nB H E 和nBL E 进行控制。
SRAM 的读写则由nO E ,nWE 控制:表1 CY7C1011DV 33真值表Table 1 Truth table of the C Y7C1011DV33nCE nO E nWE nBL E nB H E I/O027I/O8215模式H ××××Z Z 低功耗L L H L L Out Out 16位读L L H L H Out Z 读低8位L LH H L Z Out 读高8位L ×L L L In In 16位写L ×L L H In Z 写低8位L ×L HLZ In 写高8位LHH××ZZ输出高阻nWE =0时,对SRAM 进行写操作;nWE =1,且nO E =0时对SRAM 进行读操作。
由于本系统要完成对黑色胶条位置检测,系统只需采集图像灰度信号而丢弃色度信号,因此,在实际读写SRAM 时只对低字节进行操作,高字节处于高阻状态。
但在硬件设计上,将色度信号输出依然连接在FP GA 上,为后续功能扩展奠定基础。
从图2OV6620信号时序上可以看出,图像灰度信号Y 在像素时钟PCL K 下降沿发生变化,系统应该在PCL K 上升沿时刻将灰度信号Y 写入SRAM 。
在写SRAM 时,对应nO E 信号置高,I/O 直接与Y 信号连接,而nWE 信号则由PCL K 与其它信号共同作用来实现,具体见后续分析。
3 系统软件设计系统软件设计分为3部分:SRAM 的乒乓操作、黑色胶条的位置检测算法和RS232串口通信模块。
下面将详细分析SRAM 的乒乓操作及黑色胶条的位置检测算法。
3.1 SRAM 乒乓操作程序设计SRAM 乒乓操作原理图如图3所示。
从图3可以看出,地址及读写信号发生模块只产生一组读写地址信号Write_Addr 和Read_Addr 及读写控制信号nO E 和nWE ,这些信号与外部SRAM 各信号的连接关系由nO E 进行控制,具体分析如下:为实现乒乓操作,需一控制信号来选取写操作的SRAM 对像。
OV6620输出同步信号中,存748 液 晶 与 显 示第24卷图3 SRAM乒乓操作原理图Fig.3 Schematic diagram of Ping2Pong operation在奇偶场同步信号,如果将nO E与FODD相连接,当FODD=1时,Mem1_nO E=1,Mem1_ nWE=nWE,Mem1_Addr=Write_Addr,Mem1_ DataL=Write_Data,对SRAM1进行写操作; Mem2_nO E=0,Mem2_nWE=1,Mem1_Addr= Read_Addr,Read_Data=Mem2_DataL,对SRAM2进行读操作。
当FODD=0时,分析方法类似,区别在于对SRAM2进行写操作,而对SRAM1进行读操作。
经上述分析可知,采用图3所示电路可以满足对SRAM乒乓操作的要求。
SRAM地址线宽度为17位,系统将高8位作为行计数器,低9位作为列计数器。
行计数器在HREF下降沿进行递增计数,行计数器在复位及行计数器溢出情况下清零;列计数器在PCL K 下降沿进行递增计数,列计数器在复位及列计数器溢出情况下清零。
产生控制信号的部分程序代码如下[8]:nWE<=PCL K and HREF and(not H_O2 verflow)and(not P_Overflow);nO E<=FODD;Write_DataL<=Y;nWE只有在HREF为高电平,且行列计数器均未溢出的情况下输出PCL K,即实现了对有效像素灰度值的存储,满足设计要求。
系统采集到的一幅黑色胶条图像如图4所示。
图4 OV6620采集的黑色胶条图像Fig.4 Black adhesive tape image sampled by OV66203.2 黑色胶条的位置检测算法CMOS摄像头配套光学镜头焦距f=3.6 mm,实际检测胶条宽度d=5mm,应用中黑色胶条距离光学镜头的距离H,即物距约为35cm,则胶条宽度方向在焦平面所成像宽度L由式(1)决定:L=fH・d(1) 将上述数据代入式(1)可得:L=51.4μm。
第5期徐正平,等:基于CMOS 摄像头与FP GA 的位置检测系统设计749 摄像头像元尺寸b =8.2μm ,则CMOS 摄像头采集到的胶条图像在胶条宽度方向上对应的像元数n 为:n =51.4μm8.2μm≈6(2) 由式(2)可见:在CMOS 采集图像中,有6行CMOS 感光像元对应黑色胶条宽度。
黑色胶条的位置检测采用简单的二值化算法:读取某一行像素灰度值,并将各像素灰度值与预先设置的灰度阈值进行比较,如果灰度值小于阈值的像素总数大于某一设定值,则认为该行即为黑色胶条位置。
在本系统中,检测行数设置为230,每行检测100个像素;灰度阈值设置为30,如果检测行像素灰度值小于30的像素数达到80,则认为该行即为胶条位置。
胶条背景设置为白色,按上述位置检测方法,只有检测像素中80%以上灰度值小于30,系统才认为检测行是胶条位置,具有一定的抗干扰性。
本系统选取黑色胶条的下边沿作为胶条位置,即系统按照上述方法检测到某行检测像素中80%以上灰度值小于30时,将该行位置保留,继续检测下一行,将最终符合条件的像素行作为胶条位置。
