基于CMOS的图像采集系统设计

论文摘要

随着高速图像采集技术的高速发展,实时采集系统也获得长足的发展。并在安保监控、交通、工业生产、医疗卫生等诸多领域获得极为广泛的应用。但传统的实时监控系统存在黑白的,并且分辨率不高的问题,本系统设计一种基于CMOS的高速图像采集,实现了图像的高清彩色显示,且相对其他同性能的产品,CMOS和FPGA更具有成本优势。在分析比较了CMOS和CCD的特点之后,本文选取了Mcron公司的CMOS图像传感器MT9M001作为系统图像采集器件,选取Altera Cyclone3系列的FPGA产品EP3C40芯片作为整个高速图像采集系统的核心控制器件,选取当今应用最广泛的USB接口作为数据的传输接口,实现了把分辨率为1280×1024图像每秒25帧的图像采集到PC机内。同时采用两片SDRAM用来实现图像的帧缓存,以较小容量的缓存替代了大容量的存储。FPGA作为核心控制器件,加快了处理速度,减小了系统体积,可以同时控制图像采集,又从SDRAM中读写图像信息,将处理过的图像通过USB接口传输个PC机。本系统的所做的主要工作是：(1).完成图像传感器MT9M001的驱动时序设计；(2).采用双线性插值法实现图像彩色还原；(3).采用Atera公司的QuartusⅡ作为FPGA的开发、设计平台,使用VHDL语言编写程序,然后再在QuartusⅡ里进行仿真、编译。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CMOS图像传感器技术原理及发展现状
• 1.3 图像采集技术发展现状
• 1.4 本课题主要工作和设计要求
• 2 系统总体设计框架结构
• 2.1 CMOS和CCD的比较
• 2.2 FPGA原理介绍
• 2.3 FPGA的设计流程和开发
• 2.4 VHDL语言介绍
• 3 系统的硬件设计
• 3.1 图像传感器的选择及电路设计
• 3.2 数据缓存器模块设计
• 3.2.1 SDRAM的硬件电路设计
• 3.2.2 SDRAM工作原理介绍
• 3.2.3 SDRAM控制器对SDRAM的控制实现
• 3.3 I2C总线的电路设计
• 3.4 电路的PCB设计和电路抗干扰措施
• 3.4.1 PCB设计
• 3.4.2 本系统的抗干扰措施
• 4 MT9M001驱动时序设计
• 4.1 时序分析
• 4.1.1 MT9M001的复位
• 4.1.2 寄存器配置模式
• 4.1.3 图像传感器的像素输出
• 4.2 MT9M001时序的软件设计
• 4.2.1 初始化模块MT9M001-init的设计与实现
• 4.2.2 寄存器配置模块的设计与实现
• shutter模块的设计'>4.2.3 同步快门MT9M001_shutter模块的设计
• 5 图像采集模块的实现
• 5.1 核心控制器件的设计
• 5.1.1 FPGA工作模式的设计
• 5.1.2 内部时钟的设计
• 5.2 图像的采集、处理的实现
• 5.2.1 图像传感器的初始化
• 5.2.2 图像数据采集
• 5.2.3 采用双线性插值法图像还原的实现
• 5.2.4 插值结果分析
• 5.2.5 图像数据的缓存
• 6 USB通讯模块的设计
• 6.1 USB接口的发展概况及特点
• 6.2 USB2.0的软件设计
• 6.2.1 固件程序
• 6.2.2 驱动程序
• 6.2.3 应用程序
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与研究成果