高速高分辨率工业相机系统设计

发布时间：2017-09-19 16:07

  本文关键词：高速高分辨率工业相机系统设计

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【摘要】：作为机器视觉的重要组成部分,工业相机具有长持续工作时间、高图像稳定性、高抗干扰能力等特性,将在工业4.0时代发挥重要的作用。为此,设计开发具有自主知识产权的工业相机产品对我国自动化工业技术的发展具有重要意义。论文在介绍机器视觉技术和工业相机技术的基础上,给出了所开发工业相机系统的技术指标,并进行了系统框架设计。整个工业相机系统利用CMOS传感器捕捉图像数据,采用基于FPGA的主控模块完成对图像数据的格式转换、白平衡处理等操作,并控制两块DDR2芯片实现数据的乒乓缓存,系统选择USB3.0接口实现图像数据传输,最终采集的图像在PC端上位机软件界面上进行显示。论文重点实现了基于FPGA的CMOS控制器和DDR2乒乓缓存控制器。CMOS控制器通过USB接口接收来自上位机的用户指令信息,包括读写标志、寄存器地址以及写入参数值。CMOS控制器根据约定好的上下层协议,对接收的数据完成相应的校验与解析。提取出数据后,CMOS控制器通过内部状态机控制I2C总线将所需操作的寄存器地址和需要写入的参数值发送给CMOS芯片。同时控制器通过USB3.0接口将I2C总线读取到的CMOS寄存器参数信息传输至PC端。DDR2乒乓缓存控制器接收图像传感器发送过来的帧状态信号与像素数据信息,通过IP核控制,将数据信号与控制信号发送给DDR2芯片,最后输出从缓存中读出的图像数据信息以及与之同步的通过模拟扫描重现的帧状态信号。整个缓存控制设计由数据写入、数据读出和DDR2 IP核控制总共三个模块组成。论文最后给出所设计的各模块的综合报告,并以实验室自主设计的工业相机电路板作为硬件平台,对所设计的CMOS控制器和DDR2乒乓缓存控制器进行了性能测试。测试结果表明,所设计的CMOS控制器和DDR2乒乓缓存控制器满足系统需求,整个工业相机系统图像数据输出稳定,画面清晰,色彩正常,在5百万像素分辨率下实现每秒12帧图像的采集。
【关键词】：工业相机 FPGA CMOS控制器 DDR2缓存 乒乓操作
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB852.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 论文背景与意义9-10
• 1.2 国外研究动态和发展趋势10-11
• 1.3 国内发展现状11
• 1.4 论文工作及内容安排11-13
• 第二章 工业相机系统设计13-23
• 2.1 设计技术指标13-14
• 2.2 系统框架设计14-15
• 2.3 模块设计15-21
• 2.3.1 图像采集模块16
• 2.3.2 系统主控模块16-19
• 2.3.3 图像缓存模块19-20
• 2.3.4 通信接口模块20-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第三章CMOS控制器设计23-39
• 3.1 CMOS芯片介绍23-25
• 3.1.1 CMOS芯片概述23-24
• 3.1.2 CMOS寄存器读写时序24-25
• 3.2 I2C总线介绍25-29
• 3.2.1 I2C总线概述25
• 3.2.2 I2C工作原理25-29
• 3.3 CMOS模块硬件电路设计29-31
• 3.4 CMOS控制器设计31-36
• 3.4.1 控制器顶层模块设计31-34
• 3.4.2 I2C控制设计34-36
• 3.5 时序设计36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 图像缓存控制设计39-61
• 4.1 DDR2 SDRAM特性介绍39-42
• 4.1.1 DDR2 SDRAM系统结构39-40
• 4.1.2 DDR2 SDRAM操作指令40-42
• 4.2 数据缓存模块硬件设计42-43
• 4.3 乒乓操作设计43-44
• 4.4 缓存控制模块设计44-57
• 4.4.1 数据写入控制模块设计45-48
• 4.4.2 数据读出控制模块设计48-54
• 4.4.3 DDR2 IP控制模块设计54-57
• 4.5 时序设计57-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 性能测试与分析61-68
• 5.1 综合报告61-63
• 5.2 在线测试实验63-65
• 5.2.1 实验系统框图63
• 5.2.2 硬件实物图63-64
• 5.2.3 上位机软件介绍64-65
• 5.3 图像输出演示65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 工作总结与展望68-70
• 6.1 工作总结68
• 6.2 工作展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 龚书涛,吕国强,彭良清;在FPGA中状态机的编码方式[J];电子工程师;2005年11期

2 梁海军;赵建;;基于NIOSⅡ的高分辨率图像采集系统设计[J];中国测试技术;2008年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 陈星;视频格式转换芯片图像处理引擎的功能与时序验证[D];天津大学;2012年

2 赵釜;基于CycloneII系列FPGA的图像实时采集与预处理系统研究[D];重庆大学;2009年

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本文编号：882583