高速照相机报告

电子设计大赛

题目名称E题高速照相机系统

学生学院信息工程学院

专业班级 12级电子信息工程

学号3112002838、3112002675、

3112002676

参赛人员钟育（队长）、李智勇（队员）

_梁冠强(队员）

2015年 5月17 日

题目名称：高速照相机系统（E题）

摘要：本高速照相机系统由CycloneIV EP4CE6E22C8N芯片为主控制器，通过OV7670摄像头进行视频数据采集，并通过fpga可编程逻辑设计电路控制外部SDRAM进行数据缓冲及存储，驱动VGA显示屏显示图像，可以通过红外遥控器控制拍摄查看图像。本系统利用FPGA 嵌入式系统驱动，高速存储拍摄到的图片，拍摄速度为12幅/s，还设计有十连拍模式，照片具有良好的清晰度，单张照片为600KB。本系统拥有自主设计照相补光系统，利用LED作为闪光灯元件。

关键词：FPGA 视频采集 SDRAM FIFO VGA

Abstract:The high speed camera system is controlled by the IV EP4CE6E22C8N ,Through the ov7670 camera to capture video data ,and use external SDRAM to buffer and store video data, use VGA to display image, use infrared remote to control capture images. This system uses FPGA embedded system driver, high-speed storage to shoot pictures, over 12 frames per second shooting speed, design ten continuous shooting mode,The photos with good clarity, a single photo 600KB. This system has its own design system using LED as a photographic light, flash element.

Keywords: FPGA SDRAM FIFO VGA video capture

目录

摘要................................................I 一．方案论证与比较

1.1图像采集模块方案选择 (1)

1.2 处理器的比较和选择 (1)

1.3显示方式的选择 (2)

二．理论分析和计算

2.1 系统工作时钟的计算 (2)

2.2 单幅照片的数据量大小 (3)

三．系统设计

3.1总体设计 (3)

3.2 各部分设计介绍 (3)

3.2.1 图像采集部分 (4)

3.2.2 数据处理部分 (4)

3.2.3 数据存储缓冲部分 (5)

3.2.4 显示部分 (6)

3.2.5 红外接收部分 (8)

四．程序设计及RTL视图

4.1 顶层模块 (10)

4.2 底层模块及功能说明 (10)

4.2.1 摄像头数据接收模块 (10)

4.2.2 红外接收判断模块 (12)

4.2.3 数据缓冲处理模块 (12)

4.2.4 SDRAM驱动模块 (14)

4.2.5 VGA驱动模块 (14)

五．测试方案与测试结果

5.1 测试项目 (14)

5.2 测试方案 (14)

5.3 测试结果 (15)

六．结论

参考文献

附录

一．方案论证与比较

1.1 图像采集模块比较与选择

方案一：采用高速CCD摄像头作为图片摄取系统的关键元件。

优缺点（1）设计采用单一感光器。

（2）灵敏度在同样面积下高。

（3）线路品质影响程度高，成本高。

（4）连接复杂度低，解析度高。

（5）单一放大，噪点低。（6）需外加电压，功耗高。

方案二：采用高速CMOS摄像头作为图片摄取系统的关键元件。

优缺点（1）设计采用感光器连接放大器。

（2）感光开口小，灵敏度低。

（3）CMOS整合集成，成本低。

（4）连接复杂度低，解析度高,新技术。

（5）百万放大，噪点高。

（6）直接放大，功耗低。

方案选择：在实现拍摄的图像区别不大的情况下，考虑到成本和功耗大小，我们选择采用方案二，采用高速CMOS摄像头作为图片摄取系统的关键元件。

1.2 处理器的比较与选择

方案一：DSP+FPGA的实时图像处理硬件系统设计：

该系统由采集、处理、显示和系统控制四个模块组成,其结构如图1所示.摄像头采集的模拟视频信号经A/D转换后,输入到处理模块中进行图像处理.处理结果经D/A转换后,显示在终端监视设备上.整个过程(包括采集模块、处理模块、显示模块)都在系统控制模块协调下进行。DSP以其高速的数据处理和大的数据吞吐能力,可以满足图像数据的实时处理,被广泛应用于图像处理系统中。

方案二：基于FPGA高速摄像方案。其系统原理图如下

该方案采用FPGA进行控制ov7670 CMOS摄像头接收数据，通过FPGA内部FIFO 传到sdram中存储，并驱动VGA显示，具有拍摄速度快，处理器较少，容易实现的优点。

方案选择：通过方案一和方案二的对比，方案一无疑比方案二的性能更好：处理图像数据快，显示图像清晰度高，存储大。但由于我们对DSP的嵌入式不够熟悉，团队能力不足以实现作品，加上方案一的所需成本高，团队资费不足。综上，选择方案二更适合。

1.3 显示方式的选择

方案一：直接驱动lcd或led液晶显示屏显示

方案二：通过vga接口驱动显示屏显示

方案选择：通过方案一和方案二的对比，FPGA直接驱动液晶屏时序控制繁琐，而且扫描速率不高，通过vga接口驱动时序简单，而且能达到较高的刷新频率，故选择方案二。

二．理论分析和计算

2.1 系统工作时钟的计算

通过查阅ov7670摄像头的使用手册可知，ov7670的最大工作时钟为25MHz,vga扫描速率可为640*480*60Hz，而外部RAM的最大工作时钟可达140MHz,综合考虑，为实现采集和显示的实时同步，选取ov7670和vga工作在25MHz，外部RAM工作在100MHz,在外部RAM内实现乒乓操作，SDRAM读优先，由于ov7670和vga工作频率相加才50MHz,SDRAM可以完全实现数据流的缓冲处理。Cyclone