图像的高速采集与实时处理在国防军事、工业数采、视频通信等领域具有十分重要的应用价值。随着 FPGA器件性能的不断提高,其拥有的强大可编程性和超高集成度等特点显得更为突出,这也使得基于 FPGA的系统正在逐渐成为图像采集与处理领域的主流解决方案。
根据某视频监控系统设计项目的需求,为了提升复杂环境下图像采集和预处理能力,设计并实现了一种基于 FPGA的图像采集、缓存、预处理与传输系统。系统硬件采用图像采集板+FPGA主控板的构架方式。FPGA逻辑设计基于QuartusII平台,通过使用硬件描述语言VHDL在FPGA内部构建了图像传感器控制模块、SDRAM控制模块、图像预处理模块和UBS2.0接口芯片控制模块,使FPGA完成了对图像传感器、SDRAM芯片以及USB接口芯片的逻辑控制以及图像的预处理功能。模块设计中,使用SPI接口协议,驱动了图像采集板采集和转换图像数据;运用乒乓操作读写两片SDRAM,实现了图像数据的缓存;应用中值滤波算法构建图像预处理模块,实现了对图像数据的实时预处理;采用同步SLAVE FIFO模式完成了对USB2.0的控制,实现了数据的快速传输。与传统的基于单片机或ARM的系统设计相比,论文中的设计方案具有可以适应视频监控系统在复杂情况下对大数据量图像的采集和预处理工作。
基于 FPGA的图像采集处理系统具有编程灵活、系统集成度高、可靠性强及成本较低等优点。本文所提出并验证的设计方案,可以为视频监控设备的设计提供一定的参考。
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