基于FPGA的高速CMOS成像系统设计

发布时间：2024-12-21 01:18

　　在机器视觉,视频监控等成像系统领域。从20世纪70年代到20世纪90年代,CCD以其低噪声、高灵敏度、高分辨率等优势占据着该领域绝对的市场份额。21世纪初期得益于成像半导体技术的快速发展,CMOS图像传感器凭借自身优秀的成像质量,较低的功耗,较高的集成度等特点,已经逐渐将CCD甩在身后。以CMOSIS公司的CMV8000图像传感器为例,CMOS图像传感器在成像质量,灵敏度等方面与CCD的差距已经变得很小,而且在体积、集成度、功耗、成本等方面已经超过了CCD。CMV8000以其高速,大面阵等特性广泛应用到机器视觉和监控等科研领域。本文基于CMV8000图像传感器和Xilinx公司Kintex-7系列XC7K410T FPGA(Field Programmable Gate Array)提出了一种成像系统设计方案。首先,查阅了大量文献、技术手册和专业网站。对CMOS和CCD图像传感器的发展以及高速工业相机国内外的研究现状进行调研,提出本文的设计意义,制定设计目标。其次,详细介绍了成像系统开发环境和开发语言的特点。并且对成像系统各芯片选型也做出了阐述。本文根据设计需要,以Kintex-7系列X...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 课题研究背景介绍
    1.2 国内外该领域的研究情况
    1.3 论文的研究意义
    1.4 论文的设计目标
    1.5 论文的内容安排
第2章 高速成像系统方案及架构设计
    2.1 CMOS传感器原理介绍及选型
        2.1.1 CMOS传感器原理介绍
        2.1.2 CMOS图像传感器选型
    2.2 FPGA介绍及主控芯片选型
        2.2.1 FPGA现场可编程门阵列
        2.2.2 主控芯片选型
    2.3 软件平台及开发语言介绍
        2.3.1 Vivado开发设计流程
        2.3.2 硬件描述语言
    2.4 图像输出方案介绍及芯片选型
    2.5 成像系统总体方案
    2.6 本章小结
第3章 高速成像系统硬件设计
    3.1 硬件系统整体架构
    3.2 成像系统供配电设计
        3.2.1 FPGA与 Camera Link板供配电设计
        3.2.2 CMOS供配电设计
    3.3 成像系统时钟设计
    3.4 芯片外围电路设计
        3.4.1 FPGA外围电路设计
        3.4.2 CMOS外围电路设计
        3.4.3 Camera Link电路设计
    3.5 成像系统硬件电路实物
    3.6 本章小结
第4章 高速成像系统软件设计
    4.1 软件设计整体框架描述
    4.2 CMOS驱动控制模块
        4.2.1 启动信号时序控制
        4.2.2 CMOS寄存器配置
        4.2.3 曝光控制与时钟方案
    4.3 数据捕获模块设计
        4.3.1 LVDS信号转换
        4.3.2 串并转换与数据对齐
    4.4 像素整合方案介绍
        4.4.1 DPRAM实现乒乓操作
        4.4.2 FIFO实现数据缓存
    4.5 显示控制模块
    4.6 本章小结
第5章 系统联调与结果分析
    5.1 调试情况介绍
    5.2 成像系统硬件平台测试
    5.3 采集图像测试
    5.4 遇到的问题
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：4018163