基于FPGA的机器视觉图像采集系统的设计

摘要

随着科学技术的发展，机器视觉技术在军事、交通、航天、医学、监控、控制等领域得到了广泛的应用。本次设计主要是运用机器视觉技术来解决智能小车铺设防水涂层的问题，通过对ARM、ASIC、DSP、FPGA进行比较，考虑FPGA具有并行性和流水线的优点，提出一种基于FPGA的机器视觉图像采集系统的设计方案，来获得小车的位置信息。
　　本研究采用Altera公司的CycloneⅣ系列中的EP4CE10E22C8N作为控制芯片，各功能模块通过Verilog HDL语言编程实现。整个系统硬件模块主要包括：CMOS图像采集模块、SDRAM存储模块、图像显示模块、JTAG接口、电源模块。FPGA功能模块实现是对全局时钟管理模块、CMOS图像传感器配置模块、图像采集模块、图像预处理模块、图像存储模块、图像显示模块进行设计并对各个模块进行调试与仿真。整个系统工作流程是利用FPGA芯片对OV7725 CMOS图像传感器寄存器进行配置，再通过图像采集模块采集摄像头输出的视频图像，经过图像预处理模块进行中值滤波和边缘检测，此时对图像帧率进行检测，然后将处理过得视频图像通过SDRAM进行缓存，读取SDRAM数据计算图像的边缘点的像素坐标平均值，通过像素坐标平均值判断小车所处的位置信息，最后对VGA显示窗口进行设计，使其能够同时显示视频图像、图像帧率以及得到的边缘点像素坐标平均值。最后，对整个系统进行调试，运行结果表明，该系统利用OV7725摄像头在24MHZ时钟驱动下进行图像采集，图像的分辨率为640×480，图像采集帧率达到了25fps，并且能够准确的计算出小车运动的实时位置信息。同时系统在100MHZ时钟的驱动下，通过模拟图像，该系统的图像采集帧率可以达到60fps。综上所述，该系统实现了图像的高速采集并且图像质量较高，系统性能稳定，基本达到了预期的要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 FPGA作为核心芯片的优势

1.4 本文研究的主要内容

2 系统总体设计

2.1 系统总体设计思路

2.2 系统的整体结构

2.3 本章小结

3 系统硬件模块设计

3.1 系统硬件结构

3.2 FPGA芯片介绍及其选型

3.3 图像采集模块

3.4 图像存储模块

3.5 图像显示模块

3.6 外围硬件模块

3.7 本章小结

4 FPGA功能模块实现

4.1 FPGA设计流程及编程语言

4.2 FPGA开发环境

4.3 FPGA实现的控制模块框架

4.4 图像预处理模块

4.5 本章小结

5 系统的调试与结果分析

5.1 系统硬件调试

5.2 系统运行结果分析

5.3 系统最高时钟频率检测

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 图像采集模块程序

致谢