基于fpga的高速相机采集系统设计

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1、馨分类号：密级：公开论文编号：学号：５１３０７２６０１１１巧庆理工大聲项古単位论文基于ＦＰＧＡ的高速相化采集系统设计研究生：贾海參指导教师：张紅房教授学位类型：专业学位专业学位类别：工程硕击（仪器仪表工程）研究方向：电子系统与信号检测增养单位：电子信息与自动化学院论文完成时间：２０１６年３月２５曰论文答辩日期：２０１６年５月２７曰学位论文原创性声明及使用授权声明重庆理工大学学位论文原创性声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下本

2、人郑重声明，独立进行研究所取得的成果。除文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果、作品。对本文的研究做出重要贡献的集体和个人，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人承担本声明的法律后果。、作者签名：；愛５每曰期么９／会＾月３曰学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留，同意学校保留并向国家、使用学位论文的规定有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆理工大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

3、索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。＂＂本学位论文瞎于（请在下相应方框内打Ｖ）：１．保保密□，在年解密后适用本授权巧。２．密口。不签名：憂－作者図：為游Ｖ６月曰签海舊＾导师名：日期年月日会３CategoryNumber：LevelofSecrecy：publicitySerialNumber：StudentNumber：51307260111Master'sDissertationofChongqingUniversityofTechnologyDesig

4、nofacquisitionsystemforhigh-speedcamerabasedonFPGAPostgraduate:JiaHai-yanSupervisor:ProfessorZhangHong-minDegreeCategory:ProfessionalDegreeSpecialty:MasterofEngineering(InstrumentandMeterEngineering)ResearchDirection:ElectronicSystemandSignalDetectionTraining

5、Unit:SchoolofElectronicInformationandAutomationThesisDeadline:March25,2016OralDefenseDate:May27,2016摘要摘要随着工业自动化水平的不断提高，机器视觉在安防、医疗、器械、质量检测等各个领域都得到了广泛的应用。高速相机是机器视觉最主要的部分，相机的成像质量与速度直接影响机器的判断。另外，由于FPGA具有处理速度快、稳定性好等优点，因此基于FPGA的CCD高速成像系统成为了当今图像领域研究的热点之一，课题研究工作主要有以下

6、几个方面：首先，图像采集系统成像质量的高低在一定程度上取决于模拟前端的设计,故针对现有面阵CCD模拟前端调试比较困难、灵活性较差的问题，设计出一种基于FPGA的面阵CCD模拟前端。以行间转移型面阵CCD传感器ICX229AK为例，对其工作原理及驱动时序进行了分析，选用Altera公司的FPGA作为系统主控芯片，采用VerilogHDL语言对时序进行设计，并对模拟前端进行了仿真与验证。实验结果表明，本文设计的模拟前端灵活性得到了较大的提升。第二，对焦是图像采集系统获取清晰图像的关键技术，针对现有面阵CCD相机自动对

7、焦算法精度比较低、易出现局部峰值的问题，提出了一种基于机器学习的自动对焦算法。采用机器学习中的决策树算法求得两个决策树，用决策树来决定镜头移动的方向及下一步的状态，进而确定了一个包含有峰值的范围，然后再用爬山算法进行局部峰值搜索，从而确定焦点峰值位置。把该算法在FPGA上进行实现，实验结果表明，该算法把自动对焦的精确度提高了3%以上，且出现局部峰值的情况也得到了改善。第三，图像采集系统的速度主要体现在数据处理速度上，故针对现有面阵CCD数据处理速度比较慢，提出了一种基于双SDRAM的乒乓结构。采用2片SDRAM分

8、别作为“输入数据选择单元”和“输出数据选择单元”,然后2片SDRAM相互配合的切换状态,以实现双端口RAM，从而完成数据的无缝缓冲。实验结果表明，该方法的数据传输速度最高可达到34.2MB/s，有效的提高了CCD数据处理速度与传输效率。最后，在上述工作的基础上，设计了一个基于FPGA的高速相机采集系统原型机，实验结果表明，所设计的采集系统初步满足了设计的要求，在工业现场检