基于PFGA的图像采集系统设计

《基于PFGA的图像采集系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、四川师范大学成都学院EDA实训报告书基于PFGA的图像采集系统设计前言图像采集是图像处理的前提。图像采集卡是常用的图像输入设备，通常占用PC机总线的一个插槽。它主要包括图像存储器单元、CCD或CMOS摄像头接口、PC机总线接口等。传统的图像采集卡大多数采用PCI接口，这种图像采集卡适用于将模拟信号经A／D转换器转换成数字信号，或本身就是数字信号，再通过PCI接口传输至PC机，进行图像处理。但使用嵌入式系统实现图像采集和处理时，带有PCI接口的图像采集卡就不适用。为此，这里提出一种适用于嵌入式系统

2、的数字图像采集模块设计方案，实现图像数据采集、“乒乓”模式图像数据的缓存、图像数据的采集模块外部接口，并保证图像采集的高速性和连续性。当今世界进入数字化信息的时代，各种形式的信息以数字化方式存储于各种媒质中，而且越来越多的信息开始由传统的模拟存储和处理方式向数字化存储和处理方式转变。图像信息作为人类最重要的信息源之一，图像采集技术和改善图像质量的图像处理技术也开始向数字化方向转变。在数字计算机问世之前，图像处理的共同特点是把图像信息用传统的模拟方式来处理。从第一台数字计算机问世以来，随着计算机技

3、术的发展与成熟，数字图像采集处理成为一个迅速发展的学科。图像处理系统的发展大致分为三个阶段：第一阶段大体上是20世纪60年代末到80年代中期，当时的代表产品是美国和英国的一些公司推出的各种图像计算机以及图像分析系统。由于这些系统采用机箱式结构，所以系统的体积比较大，虽然功能比较强，但价格比较昂贵。在中国，图像处理系统的研制起步比较晚，主要有清华大学的研制的图像采集系统和图像计算机。同样是采用机箱式结构，主流计算机采用小型机。第二阶段是从80年代中期到90年代初期，该阶段的特点是小型化，外部结构不

4、再是机箱式而是插卡式。通过把图像卡插到计算机内，即可和计算机构成图像采集系统。在国内，80年代末N90年代初，中科院自动化研究所和清华大学都成功研制一系列的图像采集卡。由于图像卡体积小、价格低、使用方便，所以很受用户欢迎。这阶段的图像卡大都开始采用大规模集成电路甚或是专用集成电路。这阶段特点是：主流机采用PC，计算机总线采用ISA总线。第三阶段是从90年代初开始，这阶段的产品出现两大类，一种仍是采用插卡式，1四川师范大学成都学院EDA实训报告书随着PCI总线技术的成熟，采用PCI总线的产品逐步取

5、代采用ISA总线接口的产品。在国内，很多公司等都推出各自的PCI图像卡产品。该类产品的特点是：采用PCI总线，在Windows平台上编制图像处理软件。另一种图像卡是采用大规模集成电路或专用芯片取代计算机的脱机图像处理系统。随着专用集成芯片(ASIC)、数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)芯片集成度、运算速度的大幅度提高，价格大幅度降低，这些芯片成为脱机图像系统的主流处理器。美国IrI公司在DSP市场上的主导地位使得TI公司的图像处理平台在世界上处于领先地位。国内的DSP技术起步

6、较晚。但发展很快，90年代末就有比较成熟的产品出现。近年来，随着计算机和其它各有关领域的迅速发展，例如在图像表现、科学计算可视化、多媒体计算技术等方面的发展，数字图像处理已从一个专门的研究领域变成了科学研究和人机界面中的一种普遍应用的工具。经过多年的发展，我国在计算机图像处理技术上有了突飞猛进的发展，在理论研究和应用实践上有了很大的进步。随着微电子技术的发展，出现了用大规模的集成电路或专用的芯片来实现图像的处理。提高图像处理速度的方法主要有两种：一是改进图像处理算法，使算法更加简单，但最为耗时的

7、低级图像处理算法已经相当成熟，其算法的复杂性也相对固定，因此，改进算法的同时又能够保证精度是十分困难的；二是改变实现算法的方法。图像处理可以用软件或硬件来实现H1，对于算法简单、处理的数据量大的一般采用硬件来实现。目前，图像处理的硬件设计有两种技术方案：一种是采用全定制的专用集成电路(ASIC)，一种是采用半定制的数字信号处理器(DSP)或者现场可编程门阵列(FPGA)，他们都具有高速的数据处理速度。(1)专用集成电路主要是针对某一固定算法或应用而专门设计的硬件电路。在一些图像处理算法中，采用通

8、用的处理器或DSP处理器难以满足速度的要求，而必须采用专用的集成电路来实现。在各种算法实现方案中，使用ASIC来实现是最快的。但是在实际的应用中ASIC也有其缺点，比如ASIC的设计周期较长；成本也非常的高；由于ASIC是为特定的目的而专门设计的芯片，所以功能单一；设计成型后不能更改，若要采用新的技术或算法时，设计者必须重新设计芯片和硬件基于FPGA的图像采集与处理系统设计电路。这就导致ASIC的通用性较差，因此由ASIC构建的图像处理系统，缺乏通用性和移植性。(2)数字信号处理器(DSP)主要