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基于FPGA的MIPI接口嵌入式平台相机的研发与实现

章挺  
【摘要】:目前,嵌入式相机逐渐代替了传统相机进入大众的视野,应用在公安刑侦、生物医学和文物保护等诸多领域。但是随着人们对图像视觉成像质量追求的提升,图像传感器的特性朝着高分辨率、高灵敏度、高像素位宽的趋势发展,普通的嵌入式相机已经不能满足大数据量、低延迟性的处理要求。为此,本论文研究设计了一种基于FPGA的MIPI接口嵌入式平台相机,从图像采集、图像处理和图像传输等方面进行深入研究最终研制出整机。系统前端图像采集方面,支持Gpixel公司的多款图像传感器如GSENSE400BSI、GSENSE2020S、GMAX0806等,通过可预配置的模式驱动图像传感器输出LVDS类型的数据信号。经过仔细研究提出的功能板分离式硬件设计,在仅使用同一块图像处理电路板的条件下可兼容不同的图像采集电路板,保证了系统的完整性,有效提高了系统的研发效率。系统中间图像处理部分,采用了 Spartan6系列的FPGA芯片,研发设计了适配于Spartan6的数据实时解析模块、数据实时拼接模块,为了实现更好的图像效果,在Spartan6内部还分别集成了三种图像锐化算法:Sobel锐化、Laplace锐化和非锐化掩模算法。此外,系统启动模式除了基本的视频模式和图片捕获模式,还支持序列触发模式满足特殊环境的触发需求。同时,系统还可通过Spartan6实时地配置图像传感器的参数和工作模式,为自动曝光、图像模式切换等功能提供基本保障。系统后端图像传输部分,对于高速数据在不同芯片间的传输创新性地采用了手机内部集成的高速MIPI接口,设计了基于Cross_Link芯片的接口桥接转换模块进行数据类型的转换,并研究提出了在同一个MIPI接口上同时支持不同数据类型传输的方法,为后端图像的传输提供一个高速、稳定的数据流,避免系统发生丢帧、掉包的情况。最后,数据信号在RK3399开发平台进行接收和显示控制。最终系统的综合测试结果表明,本系统很好地体现兼容性优势,基于自主设计的软件模块可在系统后端显示高质量图像,并且能够提供分辨率为1080P@35fps的稳定视频流,为高清视频应用领域提供了一个良好的解决方案。


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