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《西安工业大学》 2011年
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基于FPGA的高帧频CMOS相机数据采集系统设计

王蓉  
【摘要】:高帧频瞬态图像的采集已广泛应用于科研、军事、工业,医学等领域,正在向高清晰度、数字化、智能化的方向发展。相比较于西方国家,国内在硬件产品的种类和质量上都较落后,在对传感器的控制技术上也与国外有较大差距,导致目前我国的高速摄像设备依然靠进口。因此开展高速视频采集系统的研究对于研制机载高速视频记录系统,准确实时记录高速目标瞬态过程,具有重要的军事价值和现实意义。 本文在研究嵌入式技术、FPGA技术、CMOS图像采集技术和整个视频采集系统的工作原理的基础上,根据机载视频采集系统的实际需求,在采集帧频不是太高,传输数据量不是太大的情况下,初步完成了视频采集系统的硬件电路设计和软件实现。并通过仿真验证了硬件电路的逻辑功能,可实现较高帧频下的视频采集,为项目后续开发更高帧频和更大数据传输的视频采集系统提供技术支持和硬件基础。 视频采集系统由图像传感器,FPGA核心控制和USB缓存传输三部分组成。图像传感器采用OmniVision公司生产的CMOS芯片OV5620,设计了该图像传感器的外围电路;FPGA芯片EP2C8T144C8N的接口电路、时钟电路和自身配置电路;并基于FPGA设计了CMOS传感器的时序驱动,实现了CMOS图像传感器的数字图像输出;设计了数据传输接口电路,实现了数据从CMOS传感器向USB接口芯片的传输。 软件部分主要包括系统主程序、视频采集模块、数据寄存模块和USB传输模块,采用模块化的软件架构,实现了数据的采集、保存与传输。 最后对本文设计的视频采集系统软硬件进行了系统调试,对其中出现的问题进行了分析,得到了有价值的调试结果。 该高帧频图像采集系统具有10位数据位宽,在分辨率为864×600的情况下,图像成像单元可产生最高120帧/秒数字图像数据流,图像采集可达到100帧/s的采集速率。实验结果表明该高速视频采集系统具有体积较小、结构简单、性能稳定可靠、易于扩展等优点。
【学位授予单位】:西安工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP274.2

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张涛;高帧频CMOS相机实时压缩与传输关键技术研究[D];西安工业大学;2012年
2 杨尚;瞄准线获取装置中CMOS相机的设计[D];长春理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 傅德彬,王吉文;运动目标高速实时数字图像测量系统[J];兵工自动化;2004年03期
2 马春雷;崔少辉;申宇皓;;基于EZ-USB的数据采集系统[J];兵工自动化;2005年06期
3 刘智,薛旭成,郝志航;基于USB总线的CMOS数字像机技术研究[J];长春理工大学学报;2004年01期
4 刘鑫;李成贵;孟召宗;;飞行参数实时采集系统的设计与实现[J];电光与控制;2010年04期
5 郭明安,李斌康,郝文析,阮林波,冯兵;新型PA高帧频摄像机的设计与实现[J];电子科技大学学报;2005年01期
6 王丽荣;申铉国;王延杰;;一种高帧频数字相机实时显示系统的研制[J];电路与系统学报;2007年01期
7 张海峰,苏涛,张登福;USB在数据采集中的应用[J];电力自动化设备;2004年03期
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10 陈淑丹;汶德胜;杨文才;王宏;;基于CPLD的高帧频CMOS相机驱动电路设计[J];国外电子元器件;2008年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 魏明;基于Camera Link接口的CMOS数字相机技术研究[D];长春理工大学;2005年
2 董佳;基于CMOS图像传感器的成像系统研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2006年
3 秦亮;基于CMOS数字图像传感器的图像采集与传输系统的研究[D];天津大学;2006年
4 程玉龙;采用USB2.0接口的图像采集系统设计[D];重庆大学;2007年
5 许丹;高速CMOS数字图像系统设计研究[D];西安工业大学;2007年
6 夏泽飞;基于OV7640的高速数字图像采集系统的设计[D];武汉理工大学;2007年
7 诸一栋;基于FPGA的数据采集系统研究[D];长春理工大学;2009年
8 杨华;基于FPGA的实时图像采集与处理系统研究[D];长春理工大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王庆有,朱晓华,王飞,齐龙,张致强;梳状体二值化数据采集方法的研究[J];半导体光电;2004年05期
2 包立君;浦昭邦;唐文彦;;航空接插件线簧孔视觉检测系统的研制[J];半导体光电;2006年03期
3 张南洋生;张波;杨坤涛;;一种变阈值二值化CCD像元细分技术研究[J];半导体光电;2006年04期
4 赵凯生;刘爽;龙再川;杜昊;;基于Web服务器的高性能CCD相机数据采集系统设计[J];半导体光电;2006年05期
5 温枫;戴基智;唐遵烈;彭秀华;翁雪涛;;高帧频CCD相机的抽帧显示技术[J];半导体光电;2008年05期
6 张宇;郑方印;张星祥;李国宁;任建岳;;基于面阵CCD拼接的动态目标成像系统[J];半导体光电;2010年04期
7 李建新;;哈特曼像差自动测量系统设计与开发[J];半导体技术;2009年04期
8 赵捷;吴文捷;孔凡武;王琨;;基于MEMS技术的光学读出红外成像系统[J];微纳电子技术;2008年01期
9 王文合;李国璋;石志勇;;基于视频技术的车辆速度测量方法[J];兵工自动化;2006年09期
10 刘仁伟;郑坚;马春庭;殷军辉;;基于CPLD的线阵CCD驱动和数据采集处理系统[J];兵工自动化;2007年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨少华;夏惊涛;郭明安;王群书;李斌康;孙凤荣;;多端口高帧频图像数据的实时远程传输[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
2 孙宏海;李桂菊;李静宇;;高速图像长时间无损记录系统的设计与实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
3 郭明安;王群书;杨少华;夏惊涛;孙凤荣;李斌康;;高帧频CCD成像系统前端电路设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
4 田犁;李建伟;董小静;危峻;;基于面阵CMOS图像传感器成像光谱仪系统研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 袁红辉;陈世军;刘强;徐星;王欣;丁毅;;一种专用128×128CMOS图像传感器的研制[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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7 雷久德;李宁;丛海鹏;;基于EZ-USB的多路数据采集系统[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(下)[C];2006年
8 刘双喜;邢济收;魏建亮;;小波变换在齿轮边缘检测中的应用[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年
9 杨靖;李捍东;;基于ARM和CPLD的嵌入式数字图像处理系统[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
10 李豫东;郭旗;陆妩;余学峰;何承发;李茂顺;兰博;;CCD在不同通量电子辐照下的损伤机理研究[A];第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢科青;逆向工程中多传感器集成的自由曲面数字化测量及其数据预处理方法研究[D];浙江大学;2010年
2 王吉奎;穴播轮中棉种的运动规律与夹持取种机理研究[D];西北农林科技大学;2010年
3 易学锋;单反数码相机精密位移测量研究[D];武汉大学;2009年
4 林强;隧道支护体结构健康监测技术研究[D];长安大学;2010年
5 王晓甜;基于信噪特征的遥感图像去噪方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
6 李季平;基于数字图像处理的叶片三维大位移测量研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 李绍成;基于静电感应和显微图像的油液磨粒监测技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 李轩;CMOS图像传感器噪声抑制研究[D];天津大学;2010年
9 张俊杰;提高光电自准直仪分辨力和示值稳定性的研究[D];天津大学;2010年
10 朱嘉;基于视觉与触觉集成传感的多坐标组合测量系统的研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐成功;智能CCD垂线坐标仪[D];山东科技大学;2010年
2 姜涛;数字视频在多光轴动态同步检测中的应用[D];长春理工大学;2010年
3 齐晓飞;基于路径识别的机器人视觉导航技术的研究[D];长春理工大学;2010年
4 孙伟;基于卷帘式快门的数字相机速度测量技术研究[D];长春理工大学;2010年
5 黄宇;嵌入式多模态生物特征识别系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 隋龙;基于DSP的嵌入式高分辨率全景图像处理系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 郭伟峻;基于FPGA和DSP的实时人眼检测系统设计[D];大连理工大学;2010年
8 李树林;基于WLAN的监控服务器研究与实现[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 陈建军;基于FPGA的帧转移CCD相机系统的研究[D];昆明理工大学;2009年
10 张牛虎;同幅双速跟踪成像CCD相机控制软件的研究[D];昆明理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李杰,刘金国,王英霞,郝志航;CMOS有源图像传感器的最新研究进展[J];传感器技术;2005年01期
2 梁敏华;曹永刚;陈涛;;基于千兆网的高帧频视频采集系统[J];电光与控制;2008年07期
3 周子琛;申振宁;;高速嵌入式系统中的电源完整性设计方法[J];单片机与嵌入式系统应用;2010年03期
4 郁振华;朱卫良;;FPGA电路动态老化技术研究[J];电子与封装;2010年07期
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6 樊光辉;孙国强;向健勇;;基于千兆以太网技术的大型实时传输系统[J];电子科技;2009年03期
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9 姜兴华;半导体集成电路存储器发展综述[J];河北师范大学学报;1999年01期
10 何永昌;王雷;韩昭旺;;基于舰体坐标系的瞄准线与火力线稳定模型[J];火炮发射与控制学报;2009年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙黎明;高帧频CMOS相机图像处理系统设计[D];西安工业大学;2011年
2 程金莉;高分辨率CMOS成像系统研制[D];大连海事大学;2011年
3 卜锐;基于DM355的微型飞行器飞行控制和视频处理系统研制[D];南京航空航天大学;2010年
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7 司明钢;数字视频图像采集、存储与处理系统的研究[D];南京理工大学;2005年
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9 龚涛;基于FPGA的图像采集处理系统[D];华中科技大学;2005年
10 蔡荣;网络摄像机硬件平台的设计与研究[D];浙江大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 侯宏录;姚恩源;;基于FPGA的La Gell5/3小波变换的硬件电路设计[J];兵工自动化;2013年02期
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1 来海军;基于FPGA的双通道视频采集与预处理系统设计[D];南京理工大学;2013年
【二级参考文献】
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1 徐玓;;HDL硬件描述语言教学实践[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2007年01期
2 熊平;CCD与CMOS图像传感器特点比较[J];半导体光电;2004年01期
3 刘继琨,赵宝芸;增强型CCD图像传感器[J];半导体光电;1998年01期
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10 李杰,刘金国,王英霞,郝志航;CMOS有源图像传感器的最新研究进展[J];传感器技术;2005年01期
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1 宋川;高速视频采集处理平台的分析与设计[D];南京理工大学;2003年
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4 郭东方;基于PCI总线的高速图像数据采集系统设计[D];武汉大学;2004年
5 王天盛;高性能大动态范围CMOS图像传感器控制电路的设计[D];天津大学;2004年
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7 林俊武;高速A/D转换的动态精度研究[D];福州大学;2005年
8 梁颖;基于USB和FPGA技术的高性能数据采集模块的设计与实现[D];四川大学;2005年
9 黄素贞;一种基于DSP和CPLD的图像采集处理系统的研究[D];山东大学;2005年
10 赵福昌;基于CPLD和USB高速图像采集和传输系统设计[D];哈尔滨工程大学;2005年
【相似文献】
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7 周鑫;何建新;李学华;;门禁系统视频监控电路设计[J];微计算机信息;2009年02期
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2 许超;肖铁;施柏鑫;;基于FPGA的电子内窥镜视频处理系统[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年
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10 杨学友;叶振忠;刘常杰;李博文;;一种高速智能化视觉传感器设计[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
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3 ;FPGA为消费电子提供安全保证[N];中国电子报;2011年
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5 本报记者 冯晓伟;FPGA格局难改 新兴企业胜算几何?[N];中国电子报;2009年
6 ;异步架构FPGA实现业界最高速度[N];中国电子报;2009年
7 ;突破功耗和成本限制设计中国需要的FPGA[N];中国电子报;2009年
8 ;通信仍是FPGA最大市场[N];中国电子报;2009年
9 本报记者 梁红兵;赛灵思:降低FPGA应用门槛[N];中国电子报;2010年
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6 廖永波;SOC软硬件协同方法及其在FPGA芯片测试中的应用研究[D];电子科技大学;2010年
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9 薛晓勇;新型存储器在FPGA中应用的关键技术研究[D];复旦大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 杨计;基于FPGA的视频高速采集与监控系统设计[D];华中科技大学;2010年
4 周志娟;相移波束形成的FPGA实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
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6 叶忠彬;基于FPGA的数字频率合成系统的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
7 杜鹃;基于FPGA的高帧频CMOS相机数据传输系统设计[D];西安工业大学;2011年
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10 隆志远;基于FPGA和光电耦合的旋转机械非接触双向信号传输系统[D];南京航空航天大学;2010年
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