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基于FPGA高分辨率高帧频CMOS相机设计

刘彪  
【摘要】:数字相机向着高分辨率、高帧频的方向发展,带来了图像数据传输速度的大幅度提升。信号的高速传输给硬件设计与测试带来了极大的挑战,本文结合实际工程项目需要,设计了一款基于FPGA的高分辨率高帧频相机。 相机设计包括三个部分:图像数据的采集、图像数据的处理和图像数据的传输。本文以CMOSIS公司生产的CMV2000器件为图像传感器,采用CameraLink标准为相机的高速输出接口。选择Xilinx公司的Virtex4FPGA实现高速图像数据的采集、处理及配置功能。 为提高相机的集成化小型化,本文摒弃了传统Camera Link输出采用DS90CR287编码芯片的方案。在FPGA中设计了相应的编码模块,实现了基于FPGA的片内Camera Link编码功能。 本文设计的相机最大分辨率为2048×1024,帧频为280fps,图像传输最大瞬时速率为640MB/s。为了完成高速数据的正确采样,本文在分析了高速数据正确采样的字对齐和位对齐的原理基础上,充分利用Xilinx Virtex4系列FPGA中的ChipSYNC功能,采用VHDL语言设计并实现了图像数据采集的字对齐和位对齐算法,并利用该功能对图像传输通道进行了训练,在降低硬件设计难度的同时,极大地提高了采样数据的完整性。 实验结果表明,本文设计实现的高帧频高分辨率相机工作稳定,具有集成化小型化的优点,满足项目需求。


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