基于FPGA的Camera Link相机图像采集及处理技术研究

摘要

二维激光位移传感器是一种基于线结构光的测量系统。该系统中线结构光光条图像的实时采集和处理是制约其测量效率的主要瓶颈,因此对于其图像实时采集和处理技术的研究至关重要。
　　二维激光位移传感器中图像的获取往往采用CameraLink接口的工业相机。这是由于CameraLink接口具有抗干扰能力强、传输速率快、传输距离远及开放性好等诸多优点,不但可以为二维激光位移传感器的图像采集提供稳定的图像数据,而且能方便地通过对相机的曝光控制等来适应不同的测量环境。
　　随着FPGA技术的不断发展,基于FPGA的图像采集处理系统逐渐成为研究的热点。由于FPGA强大的并行处理能力,其在图像预处理领域的优势也越来越明显。因此以FPGA为核心器件的图像采集处理系统,可以充分利用FPGA的并行处理能力以满足二维激光位移传感器的实时性测量要求。
　　因此,本文进行了基于FPGA的CameraLink相机图像采集及处理技术研究,主要工作内容如下:
　　1)设计了基于FPGA的图像采集调试平台;
　　2)对图像采集调试平台进行了相应的硬件逻辑设计,实现了相机图像的实时采集、存储、VGA显示及串口通信等功能;
　　3)对典型的空间域图像增强算法进行了硬件实现,验证了基于FPGA的图像采集处理系统在图像预处理领域的巨大的并行处理优势;
　　4)对激光光条提取算法进行了设计与硬件实现,为二维激光位移传感器图像处理算法的进一步研究奠定了基础。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 基于FPGA的图像采集及处理技术研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 图像采集调试平台电路设计

2.1 平台总体设计

2.2 Camera Link接口电路设计

2.3 存储电路设计

2.4 VGA显示接口电路设计

2.5 RS-232串口通信电路设计

2.6 FPGA芯片选择及配置下载电路设计

2.7 电源方案设计

第3章 图像采集调试平台的硬件逻辑设计

3.1 图像采集调试平台介绍

3.2 硬件逻辑顶层设计

3.3 PLL时钟分频模块

3.4 图像采集模块

3.5 SRAM读写控制模块

3.6 图像存储控制模块

3.7 VGA显示控制模块

3.8 RS-232串口通信模块

3.9 本章小结

第4章 典型空间域图像增强算法的硬件实现

4.1 3×3滤波窗口实现

4.2 中值滤波

4.3 拉普拉斯滤波

4.4 Sobel滤波

4.5 本章小结

第5章 激光光条中心提取算法的硬件实现

5.1 激光光源及光束特性

5.2 传统极值法

5.3 改进的极值法

5.4 灰度质心法

5.5 本章小结

结 论

参考文献

附录A

附录B

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致谢