基于FPGA的高帧频CMOS相机数据采集系统设计
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LJSB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。
视频采集;图像传感器;高帧频;现场可编程逻辑门阵列
西安工业大学
硕士
光学工程
侯宏录
2011
中文
TP391.41;TP274.2
81
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）