基于APS的图像传感系统研究

论文摘要

CMOS有源图像传感器是基于通用超大规模集成电路制造工艺技术,把光敏阵列、驱动控制电路、模拟信号处理电路、模拟/数字转换电路等完全集成在一起制成的单芯片数字成像系统。以其为核心器件的摄像系统结构简单、体积小、功耗低。完全有理由相信,随着CMOS技术的不断发展,CIS自身结构、性能的不断提高,以及多媒体、数字电视、可视通信等市场的增加,CMOS图像传感器的应用前景将更加广阔。本文基于FPGA和图像传感器,对CMOS图像传感器的数据采集、缓存、传输和处理进行了深入研究。研制了一种图像数据采集处理系统。它具有速度快、功耗低、成本低等特点,同时与PC机结合还能完成图像的采集、传输、处理和显示功能。在整个系统中,SCCB总线作为控制CMOS图像传感器工作方式的唯一途径,是系统实现的关键,本文用纯硬件的方法实现了SCCB总线。在图像处理过程中结合FPGA的特点,提出了SRAM读取和移位寄存器相结合实现卷积运算的方法。文中分别对各模块进行了详细的分析,并完成了硬件电路的设计。在方案设计的基础之上,完成了系统硬件与软件设计并对其进行了整体调试,初步实现了实现了CMOS有源图像传感器与PC串行接口RS-232之间的图像传输功能。最后,针对设计中的不足提出了改进方案。本文研究为基于CMOS图像传感器的数字图像采集处理系统在工业检测、视觉监控、智能导航等领域的应用提供了研究基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 APS 图像传感器系统的国内外发展状况
• 1.3 选题依据
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本文创新点
• 1.6 本文结构安排
• 第二章 系统方案设计
• 2.1 概述
• 2.2 基于FPGA 图像采集处理系统与基于其他芯片系统的比较
• 2.3 总体方案设计
• 2.4 CMOS 图像传感器的选取及OV7649 简介
• 2.4.1 OV7649 特性介绍
• 2.4.2 OV7649 的工作时序
• 2.4.3 SCCB 总线介绍
• 2.4.4 OV7649 控制寄存器介绍
• 2.5 FPGA 芯片的开发流程
• 2.6 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计与实现
• 3.1 概述
• 3.2 设计工具简介
• 3.3 基于OV7649 的图像摄像模块的电路设计
• 3.3.1 图像传感器电路设计
• 3.3.2 图像传输电路设计
• 3.3.3 外部电路设计
• 3.4 图像缓存模块电路设计
• 3.4.1 图像传感器与FPGA 的通信电路设计
• 3.4.2 数据缓存电路设计
• 3.5 数据采集与PC 机通讯设计
• 3.5.1 UART 协议简介
• 3.5.2 通讯接口模块电路简介
• 3.6 电源电路设计
• 3.7 系统抗干扰设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 系统软件的设计和实现
• 4.1 概述
• 4.2 SCCB 的设计和实现
• 4.2.1 SCCB 的读写流程
• 4.2.2 SCCB 的FPGA 实现
• 4.3 UART 的设计与实现
• 4.3.1 串行通信实现方案
• 4.3.2 使用FPGA 实现UART
• 4.4 UART 与SRAM 之间的通信
• 4.5 系统控制程序设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 FPGA 芯片实现的图像处理算法
• 5.1 概述
• 5.2 常见图像处理简介
• 5.3 通过FPGA 实现卷积运算
• 5.3.1 卷积运算分析
• 5.3.2 卷积运算 FPGA 实现方法分析
• 5.3.3 系统中FPGA 实现卷积运算方法
• 5.4 本章小结
• 第六章 图像采集模块的制作与调试
• 6.1 概述
• 6.2 图像采集模块的制作
• 6.3 FPGA 实验板
• 6.4 SCCB 调试
• 6.5 系统的整体调试
• 6.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文的主要工作
• 7.2 存在问题与展望
• 7.3 创新点总结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文