高帧频CMOS相机数据远程采集系统设计

摘要

随着计算机科学技术和数字图像处理技术的飞速发展，高帧频相机的图像数据采集技术也得到了广泛的应用，高帧频相机在平常人们的生活、工作中的应用越来越多，如:医疗、工业现场、交通、精准对接等。在一些爆破、强辐射等特殊危险场合，由于现场环境恶劣而需要远距离操作设备的时候，需要采用数据远程控制系统来进行数据的采集和传输。光纤通信以高速率、大数据、低传输延时以及传输距离远等优点成为了远程传输中的不二选择。
　　本文设计的高帧频CMOS相机数据远程采集系统采用FPGA芯片作为主要数据采集和逻辑时序控制单元，采用光纤进行数据的远程传输的整体框架。本系统主要分为三大部分:数据发送模块（数据采集、串并转换芯片、时序逻辑控制、光电信号转换）、数据传输（光纤通信）、数据接收模块（电光转换、时序控制、数据缓存、VGA显示、相机远程控制模块）三大模块。
　　FPGA芯片选择Altera公司生产的EP4CGX150DF31芯片，数据并串转换芯片选用TI公司的TLK2711芯片，图像VGA控制选用ADV7125，相机远程控制单元采用的是ATmega16芯片。本文编写代码采用的开发环境为QuartusⅡ，通过Verilog HDL语言编写逻辑代码生成系统内部需要的RAM、PLL、FIFO等模块。在代码调试阶段采用Modelsim-Altera进行逻辑功能仿真和Signal Tap进行实时信号查看。
　　最后进行整合联调，以验证和测试系统设计的正确性。实验结果表明，可以稳定实现远程数据采集，将采集图像在LCD显示器进行基本显示。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容及章节安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 章节安排

1．4 本章小结

2 高帧频相机远程采集系统总体方案设计

2．1 高帧频相机系统技术指标

2．2 高帧频相机系统总体架构

2．3 高帧频相机系统器件选型

2．3．1 图像传感器器件

2．3．2 相机系统核心控制器

2．3．3 视频数据远程传输器件

2．3．4 图像显示控制

2．4 高帧频相机远程采集系统总体方案

2．5 本章小结

3 高帧频相机系统硬件及PCB设计

3．1 高帧频相机图像采集系统电路设计

3．1．1 图像采集系统接口电路设计

3．1．2 Camera Link接口电路

3．2 FPGA外围电路设计

3．2．1 电源电路设计

3．2．2 配置电路设计

3．2．3 时钟电路设计

3．3 数据传输电路设计

3．3．1 高速并串转换模块

3．3．2 光收发模块

3．4 图像缓存电路设计

3．5 图像显示电路设计

3．6 相机远程控制系统设计

3．7 相机系统的PCB实现

3．8 本章小结

4 基于FPGA的系统控制逻辑设计

4．1 系统开发环境

4．2 系统时钟

4．3 图像采集系统逻辑电路设计

4．3．1 图像采集逻辑电路整体结构

4．3．2 片内双端口RAM存储块设计

4．4 数据缓存模块

4．5 数据传输

4．6 VGA控制时序设计

4．7 本章小结

5 系统测试及结果分析

5．1 相机系统调试及测试

5．1．1 实验测试设备

5．1．2 系统电源模块

5．1．3 FPGA最小系统

5．1．4 远程配置模块

5．1．5 远程图像VGA显示

5．1．6 图像采集系统级联测试

5．2 调试经验总结

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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