基于FPGA的高速图像采集系统设计.

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基于FPGA的MIPI CSI-2图像采集系统设计

基于FPGA的MIPI CSI-2图像采集系统设计赵清壮【摘要】This paper elaborates a design of MIPI CSI-2 high-definition camera interface image acquisition system based on FPGA. Now, MIPI high-definition CCD is used widely, this design uses FPGA to achieve MIPI high-definition CCD collect and provides two outputs of LCD screen and USB, the data transmission is stable and reliable, it make MIPI interface camera applied widely by the other circuit systems, accelerates system development and saves cost.%阐述一种基于FPGA的MIPI CSI-2接口高清摄像头图像采集系统设计，该设计用FPGA实现当前应用广泛的MIPI高清CCD采集，并提供LCD屏、USB两路输出，数据传输稳定可靠，把MIPI接口摄像头应用到更广泛的其他电路系统中，加快系统开发，节省成本。

【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2015(000)029【总页数】2页(P84-85)【关键词】MIPI;CSI-2;图像采集;FPGA【作者】赵清壮【作者单位】广州飒特红外特股份有限公司，广州510000【正文语种】中文【中图分类】TP302.10 引言CSI（Camera Serial Interface)是由MIPI（Mobile Industry Processor Interface）联盟下Camera工作组制定的接口标准，是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准，MIPI联盟由ARM、诺基亚、意法半导体和德州仪器发起成立，作为移动行业领导者的合作组织，MIPI联盟旨在确定并推动移动应用处理器接口的开放性标准。

用FPGA实现高速大图像采集系统

刘斌兵刘云海汪燮彬中国船级社规定从２００４年开始，在国内和国际航行的船舶中都必须安装船载航行数据记录仪，其中船载雷达图像记录仪是很重要的一部分。

船载雷达图像按ＶＧＡ图像标准输出，其分辨率在６４０×４８０～１２８０×１０２４之间，刷新率在６０～８５Ｈｚ之间。

目前常见的图像采集系统多是针对复合视频信号的采集，或者是针对ＣＣＤ图像信号的采集。

这些图像采集系统并不能满足雷达图像采集的要求。

即使少数针对高分辨率高刷新率图像的采集系统也是以计算机板卡的形式出现，运行时需要一台计算机。

目前一些速度高达１ＧＳＰＳ的基于ＶＭＥ总线的数据采集系统，通过４路，每路采集速度高达２５０ＭＨｚ的系统实现１ＧＳＰＳ速度的数据采集。

但由于该类系统中没有大容量的数据缓存，因此并不能实现高速长时间的数据采集。

另外一些系统采用一种基于ＦＰＧＡ，使用多ＳＤＲＡＭ作为数据缓存的采集系统。

该类系统解决了长时间高速采集的问题，可以对频率为１００ＭＨｚ，１６ｂｉｔ位宽的数据进行采集。

但是由于它采用了多个ＦＩＦＯ来降低ＳＤＲＡＭ的工作频率，使得该类系统应用在需要严格的数据同步的高速图像采集系统中会出现一些数据难以同步的问题。

还有一种ＰＣ板卡形式的高分辨率图像采集卡，该系统直接对图像进行压缩后存储，并通过ＰＣＩ接口提供给ＰＣ，但这种形式既不适合船舶上狭小的空间，也不能满足船舶失事时对数据的保护要求。

本文提出一种高分辨率高刷新率图像采集系统。

该系统使用于嵌入式系统中，不仅体积小，还解决了数据保护的问题，可用于船载雷达图像记录系统。

该系统可支持对多达４路８ｂｉｔ位宽最高采样率达１２０ＭＨｚ的数据通道，或者一路ＶＧＡ图像信号，可对采集数据进行长时间采集存储。

具体的连续采集时间根据系统所采用的ＳＤＲＡＭ容量大小有所变化。

该系统还为数据的后续处理提供了ＡＳＲＡＭ接口，使得用于缓存数据的ＳＤＲＡＭ也可作为后续处理ＣＰＵ的系统内存。

这样既可以提高速据的处理速度，方便后续针对雷达图像的压缩或者识别处理，也节省了资源。

基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告

基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现的开题报告一、选题背景与意义在现代工业领域，高速数据采集是必不可少的环节，对于某些应用场景，如医学图像、通信信号和自然界信号的采集等，必须保证采样率高、抗噪性强的特点。

面对如此巨大的数据采集挑战，传统基于PC机的采集系统已经难以满足实时性和高速性的要求，而基于FPGA的高速数据采集系统从其高速、高精度、低功耗、灵活可靠等诸多特点上来看，成为了实现高速数据采集的首选方案。

因此，本文将对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行研究。

二、研究内容本课题旨在通过对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行深入研究，侧重于以下几个方面：1. 基于FPGA芯片架构的深入研究，尤其是在高速、可靠、低功耗等方面的性能表现。

2. 研究采样率、信噪比、滤波器等方面在数据采集系统中的应用。

3. 设计高速数据采集控制系统，探究其在高速数据采集系统中的作用和设计原理。

4. 进行基于FPGA的高速数据采集系统硬件电路设计、软件编码及实现，并通过实验验证其性能。

三、研究方法本文采用计算机仿真分析和实验研究相结合的方法，首先通过软件工具对系统进行模拟，了解系统设计的基本原理和方法，然后进行硬件电路设计和软件编码，实现实际的高速数据采集系统，最后对实验结果进行分析和总结。

四、预期成果1. 实现一套基于FPGA的高速数据采集系统，该系统具有高速性、稳定性、可靠性、低功耗等优点。

2. 对该系统进行了性能测试，并分析系统在数据采集过程中的表现及优劣。

3. 从系统设计、电路设计、软件编写三个角度，对基于FPGA的高速数据采集系统设计与实现开题进行了研究，并提出了可供参考的经验和具体指导意见。

五、可能面临的问题及解决方案1. FPGA硬件电路设计难度大。

解决方案：参考多数学者的研究成果，针对不同应用，找出符合实际需要的电路设计。

2. 信号处理算法的开发。

解决方案：充分利用智能算法，设计高效低延迟的算法并进行实际验证。

基于FPGA和USB3.0的高速视频图像采集处理系统设计

摘要随着机器视觉的广泛应用，以及工业4.0和“中国制造2025”的提出，在数字图像的采集、传输、处理等领域也提出了越来越高的要求。

传统的基于ISA接口、PCI接口、串行和并行等接口的图像采集卡已经不能满足人们对于高分辨率、实时性的图像采集的需求了。

一种基于FPGA和USB3.0高速接口，进行实时高速图像采集传输的研究越来越成为国内外在高速图像采集研究领域的一个新的热点。

针对高速传输和实时传输这两点要求，通过采用FPGA作为核心控制芯片与USB3.0高速接口协调工作的架构，实现高帧率、高分辨率、实时性的高速图像的采集和传输，并由上位机进行可视化操作和数据的保存。

整体系统采用先硬件后软件的设计方式进行设计，并对系统各模块进行了测试和仿真验证。

通过在FPGA 内部实现滤波和边缘检测等图像预处理操作，验证了FPGA独特的并行数据处理方式在信号及图像处理方面的巨大优势。

在系统硬件设计部分，采用OV5640传感器作为采集前端，选用Altera的Cyclone IV E系列FPGA作为系统控制芯片，由DDR2存储芯片进行数据缓存，采用Cypress公司的USB3.0集成型USB3.0芯片作为数据高速接口，完成了各模块的电路设计和采集卡PCB实物制作。

系统软件设计，主要分为FPGA逻辑程序部分、USB3.0固件程序部分和上位机应用软件部分。

通过在FPGA上搭建“软核”的方式，由Qsys系统完成OV5640的配置和初始化工作。

由GPIF II接口完成FPGA和FX3之间的数据通路。

通过编写状态机完成Slave FIFO的时序控制，在Eclipse中完成USB3.0固件程序的设计和开发。

上位机采用VS2013软件通过MFC方式设计，从而完成整体图像采集数据通路，并在上位机中显示和保存。

整体设计实现预期要求，各模块功能正常，USB3.0传输速度稳定在320MB/s，通过上位机保存至PC机硬盘的图像分辨率大小为1920*1080，与传感器寄存器设置一致，采集卡图像采集帧率为30fps，滤波及边缘检测预处理符合要求，采集系统具有实际应用价值和研究意义。

基于FPGA的新型高速CCD图像数据采集系统

摘要：介绍一种基于Ａｔｌ司ＦｓｎＳａｔｉＦＧ的线阵ＣＤ图像数据采集系统。以ＦＧｃｅ公ｕｉｔＫｔＰＡｏｒＣＰＡ
作为图像数据的控制和处理核心，过采用高速Ａ／异步ＦＦＵＲ以及电平转换、大滤波、通Ｄ、ＩＯ、ＡＴ放二值化电路和光学系统实现对图像数据的信号处理，运用ＶｓａＳｕｉ＋和Ｍｉｒｓｆ公司的基本类并ｉｌｔｄｏＣ＋ｕｃｏｏｔ库ＭＦ实现对采集数据的显示、图、输控制等。利用搭建的系统平台实现对物体尺寸的测量，Ｃ绘传通
ＵｅｓＶｉａｔｄｏｓｌｕｉｕＳＣ＋＋ａｄｎＭｉｒｓｆＣｏａｙＦｕｄｔｎｌｓＭＦｔａｈｅｅｈｄｓｌｙｃｏｏｔｍｐｎｏｎａｉＣａｓｏＣｏｃｉｖｔｅｉｐａ．ｍａｐｎａｄｒｎｍｉｓｏｏｔｌｐｉｇｎｔｓｓｉｎｃｎｒａｏ
ＷＥＩＣｈｎＷｅ，ＹＵＡＮＺｏｇａｇｉｎＨｅｇ，ＺＨＡＮＧＷｅＴａｎｎｏ，ＷＡＮＧｉｅ，ＸＩＰｅＰｉＮＧＤａＹａｎ
（ｅａｍｎｏｌｃｏｉＥｇｎｅｉｇｕｉＵｉｒｔｏＥｅｔｎｃＴｃｎｌｇ，Ｇｉｎ５１０，ＣｉａＤｐｒｅｔｆＥｅｔｎｃｎｉｅｒ，Ｇｉｎｎｖｓｙｆｌｃｏｉｅｈｏｙｕｌ４０４ｈｎ）ｔｒｎｌｅｉｒｏｉ

一种基于FPGA的高速图像采集及显示电路设计

《业控制计算机）００年第２工２１３卷第１期１
１９
一
种基于ＦＧＰＡ的高速图像采集及显示电路设计
ＤｅｉｆＨｉ —ｓｅｄＶｉｏＡｃｕｓｔｎＡｎＤｉｐａｒｕｔＢａｅｏＰｓｇｎｏｇｈ— ｐｅｄｅｑｉｉｏｄｉｓｌｙＣｉｉｃｓｄｎＦＧＡ
选用的接收芯片是ＤＳ０Ｒ８，最高数据传输速率可以达到９Ｃ２６其
该ＦＧ进行配置和验证，试表明该设计不仅实现了图像高速采集和显示，使图像清晰、ＰＡ测且系统稳定可靠。
关键词：ＰＦＧＡ，ＣｌＣＰ总线，图像采集
Ａｂｔａｔｓｒｃ
ＴｈｓｉｕｅＣａＬｎｎｅｒａｅｎｄｅｄｅｇｎｓｄｍｉｋｉｔｆｃａＤＶＩｏｒａｌｅｉ－ｓｅｄｉａｑｕｓｔｄｔｅｉｈｇｈｐｅｖｄｅｏｃｉｉｏｎａｎｄｉｐｌｙ．ｈｉｚｉｓａＴｓｐａｐｉｔｏｄｕｅｓｅｒｎｒｃｔｅｙｔｍｏｆｉａｑｕｉｉｏｎｎｄｈｓｓｅｖｄｅｏｃｓｔａｄｉｐｌｙａｄｉｓａｂｓｅｏｎＰＧＡ，ｈｗｓｏＦｓｏｈｗｔｓｍｐｌｍｏｅｈｅａｅｄｕｌｂａｅｄｓｏｎＣａｍＬｎｋｎｅｃｅｉｉｔｄａａｎＤＶＩｓａｏｅｄｄｉｐｌｙｍｄｕｌｗｏｒｄ．ｄｄｅＡｎｂａｅｄｎｓｏＣＰｂｕ，ｉＣｌｓｈｇｈ－ｅｅｉａｄａａｅｘｈｇｅｅｔｅｃｓｐｄｍｇｅｔｃａｎｂｗｅｎｏｍｐｕｅａｎｉｔｒｄｍａｇｅｃｉｕｉｗａｒａｉｅｄ．ＥＰ３０７４ＦＰｒｔｃｓｅｌｚ２ＳＦ６２１ＧＡｏｔｍｐｙｉｕｅｔｎｉｄｅｒｙｈｄｅｉ．ｅｅｓｍａｎｆｓｅｓｈｆＡｌＣｏａｎｓｓｄｏｃｏｆｇａｎｖｉｔｅｅｒｆｓｇｎＴｈｔｔｉｔｔｅｅｄｅｉｎｔｏｎｌｅａｉｅｄｉｓｇｎｏｙｒｌｚｈｇｈ—ｓｅｅｖｄｅｏａｐｄｉｃｑｕｓｔａｄｉｉｏｎｎｄｉｐｌｙ，ｔａｌｏｍａｄｅｅａ，ｙｔｍｒｉｌｉｓａｂｕｓｄｅｖｉｏｃｌｒｓｓｅｅｌｅａｂＫｅｗｏｄ：ＰｙｒｓＦＧＡ．Ｃｌｓ，ｄｅａｑｕｉｉｏｎＣＰｂｕｖｉｏｃｓｔｉ

基于FPGA的图像采集处理系统

基于FPGA的图像采集处理系统在现代科技领域，特别是计算机视觉和机器学习领域，图像采集和处理已经成为一项至关重要的任务。

在许多应用中，需要快速、准确地对图像进行处理，这推动了图像采集和处理系统的研究和发展。

现场可编程门阵列（FPGA）作为一种可编程逻辑器件，具有并行处理能力强、功耗低、可重构等优点，使其成为构建高性能图像采集处理系统的理想选择。

FPGA是一种可通过编程来配置其硬件资源的集成电路，它由大量的可配置逻辑块、内存块和输入/输出块组成。

这些逻辑块和内存块可以在FPGA上被重新配置，以实现不同的逻辑功能和算法。

输入/输出块可以用于与外部设备进行通信。

基于FPGA的图像采集处理系统通常包括图像采集、预处理、传输、主处理和输出等几个主要环节。

这个阶段主要通过相机等设备获取图像数据。

相机与FPGA之间的接口可以是并行的，也可以是串行的。

并行接口通常传输速度更快，但需要更多的线缆；串行接口则使用更少的线缆，但传输速度可能较慢。

这个阶段主要是对采集到的原始图像数据进行初步处理，如去噪、灰度化、彩色化等。

这些处理任务可以在FPGA上并行进行，以提高处理速度。

经过预处理的图像数据需要通过接口或总线传输到主处理单元（通常是CPU或GPU）进行处理。

在传输过程中，可以使用DMA（直接内存访问）技术，以减少CPU的负载。

在这个阶段，主处理单元（通常是CPU或GPU）会对传输过来的图像数据进行复杂处理，如特征提取、目标检测、图像识别等。

这些处理任务需要大量的计算资源和算法支持。

处理后的图像数据可以通过接口或总线传输到显示设备或用于进一步的处理。

基于FPGA的图像采集处理系统具有处理速度快、可重构性强、功耗低等优点，使其在许多领域都有广泛的应用前景。

特别是在需要实时图像处理的场景中，如无人驾驶、机器视觉等，基于FPGA的图像采集处理系统将具有更高的性能和效率。

随着FPGA技术和相关算法的发展，我们可以预见，基于FPGA的图像采集处理系统将在未来得到更广泛的应用和推广。

基于FPGA的高速图像采集处理系统设计与实现

基于FPGA的高速图像采集处理系统设计与实现近年来，随着科技的不断进步，数字图像采集技术也迎来了一次腾飞。

作为一种高效、稳定的图像采集技术，基于FPGA的高速图像采集处理系统被广泛应用于视频监控、医学影像、工业检测等领域。

本文将详细介绍基于FPGA的高速图像采集处理系统的设计与实现过程，包括硬件平台的搭建、图像采集核心模块的设计与实现，以及数据传输与存储等相关内容。

一、硬件平台搭建硬件平台是基于FPGA进行设计的核心环节，同时也是决定整个系统性能的重要因素。

我们选用了Xilinx公司的Zynq系列SoC（System on Chip）作为硬件平台，该芯片结合了高性能的ARM Cortex-A9处理器和可编程逻辑门阵列（FPGA），能够提供很高的计算性能。

同时，该系列SoC还具备高速串行接口和DMA控制器，能够实现高速数据传输与存储。

在硬件平台搭建过程中，我们需要先将SoC与外部存储芯片、高速采集器等外设连接。

为了保证系统的稳定性和可靠性，我们还需要添加适当的电源管理模块、时钟管理模块和温度控制模块。

最后，我们将通过Vivado软件对硬件平台进行初始化和配置，以保证系统的正常运行。

二、图像采集核心模块的设计与实现图像采集核心模块是基于FPGA进行设计的重要模块，主要用于快速采集输入信号，并将其转换为数字信号进行后续的图像处理。

该模块的性能直接影响到整个系统的速度和稳定性，因此需要在设计时充分考虑系统需求和硬件资源。

我们选用了LVDS差分信号传输技术作为图像采集的接口方式，该技术具有低噪声、抗干扰性强等优点，可以保证高质量的图像采集。

同时，我们还采用了FPGA内部的片上ADC（Analog to Digital Converter）模块，能够实现快速、高精度的信号采集。

为了保证信号的稳定性和减小信号处理延迟，我们还采用了FPGA内部的DMA（Direct Memory Access）控制器，实现高速数据传输和转换。

基于FPGA的多通道高速CMOS图像采集系统

ＤＯＩ１．７／ｉｎ１０ — ３１０８１１文章编号：０２８３（０８２ — ０６０文献标识码：中图分类号：Ｐ７：０３８．ｓ．２８３．０．．２７ｊｓ０２２０１０ — ３１２０）１０４ — ３ＡＴ２４
１引言
ｔｍｓｓｔｅｍｏｕｅｔｃｕｅｅｉｎＬｅｕｅｈｄｌｓｒｔｒｄｓｇ，ＶＤＳｎｉｇｐｎｔｒｅｈｏｏｉｓａｄｅｓｒｓｔｅｒａ — ｉｅｆｒｎｅｏａａａ — ｕａｄｐｎ — ａｇｓｏｅｔｃｎｌｇｅ，ｎｎｕｅｈｅｌｔｍｅｐｒｍａｃｆｄｔｃｏｑｉｉｏａｄｒｎｍｉｓｎＩｎｒｄｃｓｈｏｅａｉｇｒｃｐｅａｄｒａｉａｉｎｕｓｔｎｎｔｓｓｉ．ｉｔｕｅｔｅｐｒｔｐｉｉｌｓｎｅｌｔｍｅｈｄｏｍａｅｃｕｓｔｎ，ａａｒｎｉｏｓ — ｉａｏｔｏｎｎｚｏｔｏｓｆｉｇａｑｉｉｏｄｔｔｓｉｎ，ｅｉａｔｑｅｔｌｃｎｒｌｎｄｔｄｓｒａｉｉｇｕｎｉｏｔａｄａａｅｅｉｌｚｍｏｕｅ．ｈｅｐｒｎｅｉｃｔｓｈｓｓｅｒａｉｅｍａｅｃｕｓｔｎ，ａｓｓｉｎｎａｏｎｄｌｓｅｘｅｉＴｍｅｔｃｒｆａｅｔｅｙｔｍｅｌｓｉｇａｑｉｉｏｔｎｍｉｓｏａｄｔｉｚｉｒ

基于FPGA实现的图像采集系统设计

1、图像变换：如翻转、旋转、缩放等，用于改变图像的方向和大小，以满足特定需求。
2、特征提取：从图像中提取出感兴趣的区域或物体，如边缘检测、角点检测等，用于目标跟踪和识别。
3、机器学习：应用人工神经网络、深度学习等算法对图像进行分类、识别等任务，以提高自动化水平和决策准确性。
通过将FPGA应用于图像处理和应用，可以显著提高处理速度和降低功耗，同时实现更复杂和高效的图像处理任务。
2、深度学习在图像采集和处理中的应用：目前深度学习已经在图像识别、分类等领域取得了显著成果。未来可以将其应用于图像采集系统中，实现对图像的自动标注、优化采集参数等功能，进一步提高图像采集的质量和效率。
3、物联网与智能感知的应用：随着物联网技术的发展，图像采集系统将更加注重对环境信息的感知与采集。通过与其他传感器的结合，可以实现多源数据的融合处理，拓展其应用范围，提高系统的综合性能。
4、个性化与定制化的发展：不同领域对图像采集和处理的需求各异，因此需要根据具体应用场景进行个性化的定制化设计。FPGA的灵活性为这种定制化需求提供了便利，可以针对不同需求进行算法优化、硬件设计等，满足行业的特殊需求。
感谢观看
在采集过程中，图像传感器起着关键作用，它可以将光学信号转换为电信号。常用的图像传感器有摄像头、扫描仪等。
FPGA实现图像采集
使用FPGA实现图像采集需要从硬件和软件两方面进行设计。
硬件设计方面，首先需要选择合适的FPGA芯片和图像传感器。然后将图像传感器与FPGA进行接口连接，以便于数据传输。此外，还需要设计相应的电路，用于对图像信号进行采样、量化等处理。
未来展望
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，基于FPGA实现的图像采集系统将具有更加广泛的应用前景。未来发展方向可以从以下几个方面进行展望：

基于FPGA的图像处理系统设计与实现

基于FPGA的图像处理系统设计与实现图像处理是计算机视觉领域中的重要技术之一，可以对图像进行增强、滤波、分割、识别等操作，广泛应用于医学图像处理、工业检测、安防监控等领域。

而FPGA（Field Programmable Gate Array）可编程门阵列，则是一种自由可编程的数字电路，具有并行处理能力和灵活性。

本文将介绍基于FPGA的图像处理系统的设计与实现。

一、系统设计流程1. 系统需求分析：首先需要明确图像处理系统的具体需求，例如实时性、处理的图像类型、处理的算法等。

根据需求，选择合适的FPGA芯片和外设。

2. 图像采集与预处理：使用图像传感器或摄像头采集图像数据，然后对图像进行预处理，如去噪、增强、颜色空间转换等，从而提高后续处理的准确性和效果。

3. 图像处理算法设计与优化：根据具体的图像处理需求，选择适合的图像处理算法，并对算法进行优化，以提高处理速度和效率。

常用的图像处理算法包括滤波、边缘检测、图像分割等。

4. FPGA硬件设计：基于选定的FPGA芯片，设计硬件电路，包括图像存储、图像处理模块、通信接口等。

通过使用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行功能模块设计，并进行仿真和验证。

5. 系统集成与编程：将设计好的硬件电路与软件进行集成，包括FPGA程序编写、软件驱动开发、系统调试等。

确保系统的稳定运行和功能实现。

6. 系统测试与优化：对整个系统进行完整的测试和验证，包括功能性测试、性能测试、稳定性测试等。

根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的性能和可靠性。

二、关键技术及挑战1. FPGA芯片选择：不同的FPGA芯片具有不同的资源和性能特点，需要根据系统需求选择合适的芯片。

一方面需要考虑芯片的处理能力和资源利用率，以满足图像处理算法的实时性和效果。

另一方面，还需要考虑芯片的功耗和成本，以便在实际应用中具有可行性。

2. 图像处理算法优化：在FPGA上实现图像处理算法需要考虑到算法的计算复杂度和存储开销。

基于FPGA的高速图像数据采集存储系统设计

ｗｈｉｃｈｈａｖｅｔｈｅａ【１ｌｒｅｏｆｈＪｉｇｈｃｏｄｅｌｏｆｗａｎｄｈｕｇｅｄａｔａｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｄａｔａｃｏｄｅｌｆｏｗｒｅｃｅｉｖｅｄｂｙｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｓ３０．７２Ｍｂ￣ｅ／ｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｓｔｏｍｓｈｉｇｈ－ｃａｐａｃｉｔｙｉｍａｇｅｄａｔａｉｎｔｏｔｈｅ４ＧｂｙｔｅＫｇＷＢＧＯ８Ｕ１ＭＨａｓｈｃｈｉｐｏｆＳａｍｓｕｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｉｎａｇ１．Ａｆｔｅｒｔｈｅｉｍａｇｅｄａｔａｓｔｏｒａｇｅｉｎｆｉｓｈｅｓ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｖｌｉａｄａｔｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｉｍａｇｅｄａｔａａｃｕｉｑｓｉｔｉｏｎｎｄａｓｔｏｒａｇｅ，ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅａｄｉｎｇｍｏｄ￣ｅｂａｃｋｗａｒｄｒｅａｄｉｍａｇｅｄａｔａｏｆｓｔｏｒ・
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【本文献信息】邸丽霞，张彦军，洪应平．基于ＦＰＧＡ的高速图像数据采集存储系统设计［Ｊ］．电视技术，２０１３，３７（１３）

基于FPGA的MIPI CSI-2图像采集系统设计

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系统使用的图像传感器是０Ｖ５６４０，该ＣＣＤ分辨率高达５Ｍ像素，提供两通道ＭＩＰＩ数据传输［３１。系统使用的图１ＭＩＰＩＣＳＩ一２图像采集系统框图ＦＰＧＡ为ｘｉｌｉｎｘ的Ｓｐａｒｔａｎ一６，型号为ＸＣ６ＳＬＸ４５，该系列的ＭＩＰＩ接口有低功耗和高速两种工作模式，低功耗模ＦＰＧＡ拥有业界领先的系统集成能力，同时为成本敏感型式下的电平为０ — １．２Ｖ，可直接接到ＦＰＧＡ的Ｉ／Ｏ口，只需应用带来了低风险、低成本和低功耗的最佳平衡。把接口电平配置成ＬＶＣＯＭＳ１．２Ｖ，高速模式下的电平标准
本文阐述如何在ＦＰＧＡ上进行ＭＩＰＩＣＳＩ一２接口设计，实现高清摄像头数据采集、显示、接口转换，把ＭＩＰＩ接口摄像头应用到更广泛的其他电路系统中，加快系统开发，节省成本。１系统设计原理ＭＩＰＩＣＳＩ一２图像采集系统如图１所示，整个系统由ＣＣＤ图像传感器、ＦＰＧＡ、ＤＤＲ、ＦＬＡＳＨ存储器组成。ＣＰＵ使用ＳＯＰＣ，ＣＣＤ驱动模块、ＵＳＢ驱动模块、ＬＣＤ驱动模块、ＤＤＲ管理模块等在ＦＰＧＡ内部设计。ＣＣＤ图像传感器经光电转换，把采集到的图像经ＭＩＰＩ接口传到ＦＰＧＡ，ＦＰＧＡ解码后把图像存储在ＤＤＲ，后分两路输出，一路送到ＬＣＤ显示屏实时显示，另一路转换成ＵＳＢ接口输出。２软硬件设计２．１硬件设计

基于FPGA的图像采集系统设计与实现

基于FPGA的图像采集系统设计与实现作者：陈法领、罗海波发布时间：2009-03-101、引言视频图像采集是视频信号处理系统的前端部分，正在向高速、高分辨率、高集成化、高可靠性方向发展。

图像采集系统在当今工业、军事、医学各个领域都有着极其广泛的应用，如使用在远程监控、安防、远程抄表、可视电话、工业控制、图像模式识别、医疗器械等各个领域都有着广泛的应用[1]。

本文介绍了一种基于FPGA的图像采集系统，用户可以根据需要对FPGA 内部的逻辑模块和I/O模块重新配置,以实现系统的重构[1][2]；而且采用这种设计方案,便于及时地发现设计中的错误,能够有效地缩短研发时间，提高工作效率。

2、系统的总体框架和工作原理整个系统主要分为四个模块：视频解码模块、视频编码模块、存储器模块和FPGA核心控制模块，系统总体框架如图1所示。

图1 系统的总体框图其中FPGA实现的主要功能有：视频编解码器件的初始化，视频图像的采集存储以及将采集的图像数据通过视频编码芯片送到监视器上显示。

系统的工作原理为：系统上电后，FPGA通过FLASH中的程序对完成视频解码和编码芯片的初始化配置；在接到视频AD转换的中断信号后，FPGA将转换的数字图像数据传送到SRAM保存；一帧图像转换结束后FPGA再将SRAM中的数字图像传递给视频编码芯片以便在监视器上显示，同时开始控制下一帧图像的采集。

3、硬件电路设计3.1 AD和DA转换模块本系统采用的视频编解码芯片是ADV7181和ADV7177，下面分别介绍AD和DA转换器件的硬件电路设计。

3.1.1 AD转换模块ADV7181系统是AD公司推出的一款视频解码芯片[3]，它具有如下特点：I2C总线接口，6通道模拟视频输入，支持NTSC、PAL、SECAM视频制式，支持多种模拟输入格式和多种数字输出格式。

本系统中选用其中的通道1作为PAL制CVBS视频输入，数据输出可根据需要采用8位或16位的格式输出。

基于FPGA技术的新型高速图像采集.

基于FPGA技术的新型高速图像采集现代的图形采集技术发展迅速,各种基于ISA、PCI等总线的图形采集卡已能在市场上买到,但是价格比较昂贵,并且处理功能简单.对于特殊需要不能很好满足,往往需要加上后续处理部分,这给特殊需要的用户带来了不便.采用现场可编程芯片及DSP处理芯片构成的图像采集系统,可以根据不同的需要进行现场编程,具有通用性好、价格相对便宜等特点. 该系统采用PHILIP公司最新推出的视频A/D芯片7111,将从CCD输出的PAL制式的全电视信号转换为数现代的图形采集技术发展迅速,各种基于ISA、PCI等总线的图形采集卡已能在市场上买到,但是价格比较昂贵,并且处理功能简单.对于特殊需要不能很好满足,往往需要加上后续处理部分,这给特殊需要的用户带来了不便.采用现场可编程芯片及DSP处理芯片构成的图像采集系统,可以根据不同的需要进行现场编程,具有通用性好、价格相对便宜等特点.该系统采用PHILIP公司最新推出的视频A/D芯片7111,将从CCD输出的PAL制式的全电视信号转换为数字信号,由FPGA作为采样控制器将该八位数字信号存入片内RAM中,随后可根据具体需要由DSP进行预处理,提取有用数据(数据量已很小),然后将所需结果经由ISA总线交给计算机处理,完成接口功能.图1所示为采集系统方框图.1 视频信号的A/D转化本文所研究的图形对象是静态的,要求采集512×512的灰度图像,可采用CCD摄像机进行图像采集.CCD的输出为标准PAL制式,因此需要进行A/D转化.本系统采用的PHILIP公司的视频A/D芯片SAA7111具有四路视频输入,抗混滤波、梳状滤波都被集成到芯片内部,带来了极大的方便.场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场信号RES1、像素时钟信号LLC2都由管脚直接引出,省去了以往的时钟同步电路的设计,可靠性也有所提高.系统内部锁相环技术的集成使得可靠性和设计复杂度都有极大的降低.在7111中有控制字可以直接控制行同步有效时间,因此可以省略行延迟电路.2 逻辑控制部分本系统的核心控制部分由一片FPGA芯片实现.由于FPGA芯片具有高速、高可靠性、开发周期短的特点,并且可以根据现场的需要进行编程、可擦写多次,因而具有极大的方便性.随着现代工艺的提高,芯片加工的成本有了极大的降低,可靠性也有保证,芯片的大小和功耗都有极大的降低,特别是3.3V的FPGA是现在厂商主推的产品,并且有继续降低的趋势.现代高技术的发展使得FPGA应用于电子设计中成为可能和必然趋势.基于FPGA技术的采样控制器要产生众多的控制信号.当微处理器发出采样指令时,采样控制器在此后到来的第一个帧同步信号到来时启动采样,并将这帧数据存放在SRAM中,采样结束后向微处理器发出采样结束ECO信号.采样控制器主要实现三个逻辑功能:地址发生器;握手逻辑;RAM写时序.(1)地址发生器由计数器及一部分D触发器和逻辑门组成.主要具有场延迟功能和地址发生功能.由于所采图像为512×512的正方形(这是由于系统后续处理的需要),7111中的输出信号为720×625的矩形,因此需要对7111信号进行行延迟和场延迟.在数字量存入内存时,由于PAL制式的全电视信号为奇、偶场分离,因此可以巧妙利用奇偶信号RES1作为地址线.根据RES1为垂直地址的高位或为地址的最高位可使图像在内存中的样子如同一幅图像或分为上下两个半场分开的图像,如图2所示.在存储过程中可采用双通道技术,即采用两片内存同时存储数据,则数据总线由八位升至十六位,可使对RAM写时序的要求降低一半.当然这需要对7111输出的数字信号进行数据锁存,使得两位数据能够根据同一控制信号满足RAM写时序的要求,如图3所示.(2)握手逻辑是采样控制器和CPU之间的接口,它是由几个D触发器及逻辑门实现的,如图4所示.当CS1(正脉冲)启动采样时,D1保存该信号,在下一个场同步脉冲到来时D2输出高电平(即VER采样使能信号)使行延迟计数器开始计数,同时使D1复位,确保不再采第二场.当延迟计数器计数到预置值时产生触发信号TRI(正脉冲),此时VER 为“1”,则D3置位,输出采样使能信号SENB(低有效)和地址选通信号ABSW,使后面的电路处在采样状态,在场同步脉冲下降沿D3翻转,整个采样控制电路处在不采样状态.D2要在下一个场同步脉冲的上升沿才变为无效.当SENB变为无效时(即SENB的上跳沿)触发D4,使Q有效,向CPU发出中断申请INT,CPU可用CS2清除这个中断信号.(3)RAM写时序电路可根据芯片对写操作的具体要求来设计.系统采样频率为13.5MHz即74.1ns),采用双通道技术可使写时序降低一半,写频率为13.5/2=6.75MHz即148.2ns).SAA7111提供了27MHz的晶振频率,则四个时钟周期完成一个写操作,时序的最小时间单位为18.5ns(半个周期).根据RAM写操作的要求,可以设计各种控制信号(WE、HS、VS、CS、SENB)、时钟信号(CLK)、地址信号和数据信号之间的关系.本系统采用的RAM为IS61C1024,可以满足系统需要.采样控制器担负着重要的作用,是整个系统的核心;而同步控制逻辑又是采样控制器的控制核心.同步逻辑起着协调行、场同步信号、地址计数时钟、SRAM写信号、采样数据锁存信号之间的时间关系、保证SRAM写操作时各信号的时序配合.由于采样频率高达13.5MHz,因此在硬件实现过程中需要不断地模拟与仿真,有时要调整整个逻辑电路,计算延迟时间,解决电路中存在的竞争与冒险等等,这些都需要系统的可修改性好,具备可编程的特点.基于FPGA技术的ASIC设计满足了上述要求,发挥了现场可编程的特点,降低了设计成本,缩短了开发时间,因此系统开发十分方便.3 DSP处理技术在此采集系统中,基于DSP的图像处理技术也得到了应用,特别是在图像的模式识别问题上充分发挥了DSP的硬件结构和具有特色的编程指令.图像模式识别的典型算法是卷积运算,也即乘累加,正好发挥DSP软、硬件的特长.传统的处理方法是基于计算机的硬件和软件的,计算机完成一次乘累加运算需要11个机器周期,而DSP完成同样的运算只需1个机器周期.本系统采用DSP芯片实现图像的模式识别,提高了处理速度,解决了图像处理过程中由于图像识别速度慢而影响整个图像的处理流程,解决了实际问题,收到了良好的效果.。

基于FPGA的高速数据采集卡设计与实现

基于FPGA的高速数据采集卡设计与实现随着科技的不断发展，电子信息技术的应用越来越广泛。

在现代制造业、通讯系统、医学影像等领域中，高速数据采集成为了一项不可或缺的工作。

因此，设计和实现一种高效、高精度的数据采集卡成为了当前电子信息技术研究的热点之一。

本文将介绍一种基于FPGA的高速数据采集卡的设计与实现。

一、高速数据采集卡基本结构高速数据采集卡通常由模数转换器（ADC）、时钟发生器、FPGA芯片、存储器、接口电路等组成。

其中，ADC负责将模拟信号转化为数字信号，时钟发生器负责为ADC提供时钟信号，FPGA芯片负责对数字信号进行处理和分析，存储器则用于存储处理后的数据，接口电路则是将数据输出到外部设备。

二、基于FPGA的高速数据采集卡设计1. ADC选择对于高速数据采集卡来说，ADC是其中最关键的组成部分之一。

ADC的选择与高速数据采集卡的性能有着密切的关系。

本设计采用了采样率为100MSPS的ADI公司的AD9265 ADC作为该高速数据采集卡的核心部件。

2. 时钟发生器时钟发生器为ADC提供高稳定性、高准确度的时钟信号，保证了ADC采集数据的稳定性和准确性。

本设计采用了凯瑞电子公司的CCHD-957时钟发生器，它可以提供高达100MHz的准确稳定时钟信号，从而保证了ADC的正常工作。

3. FPGA芯片在高速数据采集卡中，FPGA芯片是最核心的部分，它负责ADC采集到的原始数据进行处理和分析，并将其存储到存储器中。

本设计采用了Altera公司的Cyclone IV FPGA芯片，它具有高速、低功耗、灵活的特点，可以实现对高速数据的实时处理和分析。

4. 存储器存储器是高速数据采集卡中另一个非常关键的部分，它用于存储FPGA处理后的数据。

本设计采用了容量为1G的DDR3 SDRAM作为数据存储器，其存储速度快、容量大、价格适中、成本低。

5. 接口电路接口电路负责将高速数据采集卡中的数据输出到外部设备中。

基于FPGA的高速图像数据采集系统设计

ｉｍａｇｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．ＦＰＧＡｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄｕｓｅｓＸｉｌｉｎｘｃｏｍｐａｎｙＶｉａｅｘ一６ｓｅｉｅｒｓｏｆＸＣ６ＶＬＸ２４０Ｔ．ｗｈｉｃｈｆｕｌｌｙｍｅｅｔｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．ｒＩ１ｌｅｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｃｈｉｅｖｅｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｐｌａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｃａｍｅｒａ；ｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＦＰＧＡ；ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｉｇｆｕｒａｔｉｏｎｏｆａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｄｉｇｉｔｌａｃａｍｅｒａｃｌｌａｅｄＰＴ一
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｉｍａｇｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ

一种基于FPGA的高速图像采集及显示电路设计

《工业控制计算机》2010年第23卷第11期随着图像技术的发展和进步，PAL制式（显示分辨率通常为768×576）的模拟CCD已经不能满足日益增长的图像采集应用要求，而基于CamLink接口的CCD由于传输速度快，分辨率高，色彩和灰度变化丰富，是高性能CCD常用的传输接口之一。

目前市场很多高性能的商用显示处理卡都能提供1600×1200的显示分辨率，支持PAL、NTSC、RGB输入，但它们往往对计算机系统的要求很高，且不能提供对诸如VxWorks这样的嵌入式实时操作系统的支持，难以达到高速的实时采集显示效果，很难直接使用在工业及安全领域。

为此，本文提出了一种基于CamLink接口的视频采集和TFP410芯片的DVI（数字视频接口）接口的实时采集和显示系统的设计方案，并予以了实现和验证。

1系统结构高分辨率图像采集显示系统由采集和显示两部分组成，如图1所示。

系统接收数字相机输出的图像数据，采集数据后，写入双端口RAM1；同时，系统通过PCI接口读入PC机输出的图形数据，写入双端口RAM2；然后系统读出双端口RAM1和RAM2中的数据，通过DVI接口输出。

系统中的采集和显示控制模块全部通过FPGA编程实现。

根据系统需求，考虑到模块较多且功能复杂，工作频率高，实时性强的特点，选择Altera公司FPGA的型号为EP2S30F672I4，内部主要有可配置逻辑块、块存储器、时钟管理器等资源，为系统功能的实现提供了良好的硬件基础。

图1高分辨率图像采集显示系统框图2Camera Link采样模块Camera Link技术是美国国家半导体公司提出的一种新型数字相机接口技术，具有数据传输速度快，通信和控制功能强，接口方便等特点，该技术在高灵敏度、高分辨率的相机设计中得到广泛应用。

CamLink接口分为发送和接收两部分。

发送是指将并行传输的图像数据、控制和时钟信号转换为串行传输的LVDS差分（Low Voltage Differential Signaling）信号；接收是指将LVDS信号恢复为并行传输信号。

基于FPGA的高速图像采集存储系统设计

关键词：ＰＡ乒乓无缝缓存；ｗ — １ｅＦＧ；ＴｏＰｃ页编程：Ｓ２ＯａｌＵＢ．
中图分类号：２４ＴＰ７文献标志码：Ａ
ＤｅｉｎｏｇＳｅｍａｅＡｃｕｉｉｉｎａｄｔｒｇｓｅＢａｅｎＦＰＧＡｓｇｆＨｉｈｐｅｄＩｇｑｓｔｏｎＳｏａｅＳｙｔｍｓｄｏ
ｍｏｕａｉａｉｎｄｓｎ，ｉｇｏｇｓａｅｓｃｃｅｍｅｒｎｗｏｐａｅｐｇｒｇａＦａｈｓｏａｅｔｃｎｌｇ，ａｄａ — ｄｌｒｚｔｅｉｐｎｐｎｅｍｌｓａｈｍｏａｄＴ — ｌｎａｅｐｏｒｍｌｓｔｒｇｅｈｏｏｙｎｃｏｇｙｑｉｍａｅａａｗｈｃｄｃｄｎｂｉｅｅｏｅｈｐｆｏｈｇｐｅＣＤｃｍｅａｈｅｉｎｃｏｌｈｓｈｕｒｉｇｄｔｉｈｅｏｉｇｙｖｄｏｄｃｄｃｉｒｍｉｈｓｅｄＣａｒ．Ｔｅｄｓｇａｃｍｐｉｅｔｅｅｓｃｐｕｅａｄｓｏａｅｏｉｈｓｅｄｉｇ，ｎｔｉｓｒｓｔｅｒｌｂｌｙａｄｒａ —ｉｒｐｒｆｔｅｉｇａａｄｒｇａｔｒｎｔｒｇｆｈｇｐｅｍａｅａｄｉｎｕｅｈｅｉｉｔｎｅｌｔａｉｍｅｐｏｅｔｏｈｍａｅｄｔｕｎｙｉａｑｉｎ，ｔａｓｅｒｎｎｔｒｎｈｍ．ＴｉｓｓｅｃｕｄｒａｎｅｈｓｍａｅｄｔｒｍｌｓｙＵＢ．ｏｔｃｕｒｇｒｎｆｒｇａｄｓｏｇｔｅｉｉｉｈｓｙｔｍｏｌｅｄａｄｇｔｔｅｅｉｇａａｆｏＦａｈｂＳ２０ｐｒａｄｗｌｅｔｒｄｎｏｍａｉｎｐｏｄｄｔｈｇｏｎｏｕｅｎｄｓｌｙｌａｉｅｏｉｔｒｂｈｃｍｐｔｒｎｉｂｓｏｅｉｆｒｔｕｌａｅｏｔｅｒｕｄｃｍｐｔｒａｄｉｐａｃｅｒｖｄｏｒｐｃｕｅｙｔｅｏｕｅｌｏｓｆｗｒ．Ｔｅｒｓｌｈｗｈｔｈｓａｑｉｉｏａｄｓｏａｅｓｓｅｃｕｄｇｔｅａｔｉｇａａｎｔｐｉｅｓｗｔｏｔａｅｈｅｕｔｓｏｔａｓｔｉｃｕｓｔｎｎｔｒｇｙｔｍｏｌｅｘｃｍａｅｄｔａｄｉｍｖｄｄｉｉｈｐｅｅａｌｅｓｂｌｙａｄｐａｔａｉｔ．ｒｆｒｂｅｆａｉｉｔｎｒｃｉｂｌｙｉｃｉ

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基于FPGA的高速图像采集系统设计
引言
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；而对于图像采集这种高速数据采集的场合，这种方案就不能满足需要。

因此这种方案极大浪费了单片机或DSP的端口资源且灵活性差；若改用串口方式收集数据，则一方面降低了数据采集的速度，另一方面极大地耗费CPU的资源。

本系统采用FPGA作为数据采集的主控单元，全部控制逻辑由硬件完成，速度快、成本低、灵活性强。

为了增加缓冲功能，系统在FPGA外扩展了256Mb的RAM，不仅增大了缓冲区容量，而且极大地降低了读写频率，有效地减轻了上位机CPU的负担。

在图像数据接口中，比较常见的是VGA、PCI—Express，而这些接口扩展性差、成本高。

本系统采用高速的USB接口作为与上位机通信的端口，速度快、易安装、灵活性强。

1 系统框图
系统框图如图1所示。

FPGA控制单元采用A1tera公司Cyclone II系列的EP2C5F256C6，主要由4个部分组成——主控模块、CMOS传感器接口、RAM 控制器以及EZ—USB接口控制器。

传感器接口负责完成SCCB时序控制，RAM控制器用于实现RAM读写与刷新操作的时序，USB接口模块完成主控模块与EZ—USB之间的数据读写；而主控模块负责对从EZ—USB部分接收过来的上位机命令进行解析，解析完命令后产生相应的信号控制各个对应模块，如CMOS传感器传输的图像格式、RAM的读写方式、突发长度等。

2 OV7620模块设计
图像传感器采用OV7620，接口图如图2所示。

该传感器功能强大，提供多种数据格式的输出，自动消除白噪声，白平衡、色彩饱和度、色调控制、窗口大小等均可通过内部的SCCB控制线进行设置。

OV7620属于CMOS彩色图像传感器。

它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA与QVGA两种图像格式；最高像素为664×492，帧速率为30fps；数据格式包括YUV、YCrCb、RGB三种。

0V7620支持SCCB设置模式和自动加载默认设置模式，其选择由SCCB控制。

本系统只需要支持SCCB模式，因此在设计的时候将SBB接地。

上电后FP—GA通过SCCB总线对OV7620进行设置，系统也可接受上位机发过来命令，设置其工作模式。

SCCB总线时序类似于I2C总线时序，SIO一O相当于SDA，SIO一1相当于SCL。

OV7620工作于从模式，在写寄存器的过程中先发送OV7620的ID地址，然后发送写数据的目的寄存器地址，最后发送要写入的数据。

OV7620功能寄存器的地址为0x00～0x7C，通过设置相应的寄存器，可以使它工作于不同的模式。

例如，设置OV7620为连续扫描、RGB原始数据16位输出方式，需要设置寄存器0x12、Oxl3、Ox20、Ox28分别为OX2D、0x01、Ox02、0x20。

另外，图像输出的关键问题是帧同步，VO7620传感器中VSYNc、
HSYNC、HREF、PCLK分别表示垂直同步、水平同步、参考信号和像素输出同步，可以通过它们之间的配合使用，定位出每帧输出图像的起始位和结束位。