基于线阵CCD的影像扫描系统的研究

论文摘要

随着工业自动化程度的提高,在流水线操作的各道工序上,具有智能化的处理系统逐步替代人工作业。传统的检测水平难以满足日益提高的产品实时无暇检测要求。同时,具有高分辨率的传感器件、具有可重构功能的可编程逻辑器件快速发展,为高精度的实时处理提供了硬件系统。本文以线阵CCD传感器和FPGA为主要器件,搭建了针对影像扫描的硬件处理系统。系统包括线阵CCD传感器及其控制模块、模数转换模块、驱动和控制模块、运算处理模块以及通信模块。在驱动和控制模块中,采用VerilogHDL实现处理模块与传感器之间的采样控制、与SDRAM存储器以及与VGA显示器之间的时序要求。其中,采用异步FIFO结构解决了不同时钟域之间的数据交换,有效地避免亚稳态的出现。除此之外,还使用了XilinxFPGA自带的32位嵌入式微处理器Microblaze,完成与flash存储器之间的SPI接口以及和上位机之间的10M/100M自适应以太网通信。在搭建好的系统上,利用并行流水的方法实现图像的平滑滤波、边缘检测和边缘区域的流通,从而达到影像扫描检测的目的。整个设计过程中,采用Cadence公司的Capture实现原理图的绘制、采用Allegro实现PCB的绘制,同时,还做了信号完整性和电源完整性的考虑。在使用FPGA实现的过程中,使用Xilinx的ISE软件完成逻辑的综合、物理约束和时序约束以及逻辑优化,并采用Mentor公司的ModelsimSE进行前仿和后仿,最终生成可下载文件和配置文件。在配置FPGA时,分析对照了几种可配置模式,最后是选用主串模式实现的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 影像扫描检测技术的发展与应用
• 1.2 影像扫描系统的组成
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 系统的介绍与器件选择
• 2.1 系统组成及工作过程
• 2.1.1 系统的构成
• 2.1.2 系统的工作过程
• 2.2 器件选型及介绍
• 2.2.1 线阵CCD 单元
• 2.2.2 多通道A/D 转换单元
• 2.2.3 现场可编程门阵列介绍与选型
• 2.2.4 VGA 显示单元
• 2.2.5 AT45DB321D 数据存储单元
• 2.2.6 网络接口单元介绍
• 2.3 本章小结
• 第三章 硬件设计
• 3.1 硬件电路设计
• 3.1.1 整体框图
• 3.1.2 电源设计
• 3.1.3 FPGA 设计
• 3.1.4 采集电路设计
• 3.1.5 PCB 设计
• 3.2 逻辑设计
• 3.2.1 线阵CCD 接口电路及其实现
• 3.2.2 VGA 显示接口电路及其实现
• 3.2.3 SDRAM 控制器
• 3.2.4 对亚稳态的处理
• 3.3 Xilinx FPGA 的IP 核
• 3.3.1 Microblaze
• 3.3.2 SPI 外设
• 3.3.3 读写 AT45DB321D
• 3.3.4 DM9000 控制器的实现
• 3.4 FPGA 实现
• 3.4.1 基于ISE 的综合及其优化
• 3.4.2 用户约束文件
• 3.5 本章小结
• 第四章 图像处理算法的 FPGA 实现
• 4.1 图像的结构和处理步骤
• 4.1.1 图像的结构
• 4.1.2 边缘检测的处理步骤
• 4.2 图像处理的算法分析
• 4.2.1 图像平滑滤波
• 4.2.2 图像边缘检测
• 4.2.3 边缘区域连接
• 4.3 图像处理的FPGA 实现
• 4.3.1 流水线设计框架
• 4.3.2 图像滤波算法的FPGA 实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结及展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A
• 详细摘要