基于FPGA高分辨率高帧频CMOS相机设计

发布时间：2019-09-23 09:30

【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。
【图文】：

高速摄像,相机

图 1.2 S-EM 高速摄像机R 公司作为 NASA 的专业摄像系统研发机构，研机，其最高分辨率 1920×1200。全幅面速率 1380fp最高可达 32 万 fps。作为新一代高性能相机，它具有，支持可变存储空间选择，即使最高 240G 存储模块具有突破性意义的是，它可以通过远程操作实现遥芝公司推出 T4K82 型 CMOS 图像传感器。像素为s 的高清视频。可以支持手机和平板等移动通讯设备大地拓宽了 CMOS 相机的应用领域[10]。er 公司的 SVG2 型相机的性能非常优良，最高分辨 1000fps 并且可以通过以太网实现和上位机连接，支环境适应性[11]。，国内和国外的 CMOS 相机技术水平仍然存在差距

原理图,低压差分信号,原理图

2.1 低压差分信号随着电子技术的不断发展，特别是在图像采集传输过程中，具有非常大的据量，对于图像采集速率和图像传输速率有非常高的要求。高频率信号在电路板传输过程中都有可能产生干扰噪声[12]。同时本文设计的一个目标是集成电路板小型化集成化，布局布线密度变大，采用低压信号可以减少高密度集成电路的片内部的散热和功耗[6]，有利于本文目标的实现。2.1.1 低压差分信号技术介绍低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling,LVDS)是由美国国家半导公司(National Semiconductor)提出的一种高速信号传输电平[13]。它的工作原理图 2.1 所示，图中所示源端驱动器是一个 3.5mA 的恒流源驱动一对差分信号线成，图中所示接收端的接收器是一个高直流输入阻抗，几乎所有的驱动电流都经100 的终端匹配电阻，在接收端产生大约 350mV 的电压。当源端驱动状态转变化时，流经匹配电阻的电流方向改变，在接收端产生高低逻辑状态转变[14
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB852

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