基于FPGA的智能工業(yè)相機系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)領域對智能工業(yè)相機的性能要求越來越高。本課題致力于基于FPGA的高性能智能工業(yè)相機的研究。由于FPGA獨特的硬件結構使得其只適合進行簡單的圖像預處理工作，因此結合FPGA處理器的特點進行圖像處理算法的改進和高效移植是本課題高性能智能工業(yè)相機系統(tǒng)開發(fā)中的難點與重點。
　　本文分析了基于FPGA平臺的高性能智能工業(yè)相機的關鍵技術，提出了一套智能工業(yè)相機軟硬件設計方案，成功研制出了微型智能工業(yè)相機樣機。樣機采

2、用300萬像素逐行掃描CMOS Sensor和高性能低功耗CycloneⅣ系列FPGA芯片組合，實測整機功耗不到1W。本文使用Verilog HDL編寫FPGA內部控制邏輯實現(xiàn)了對圖像數(shù)據(jù)流的控制、處理和傳輸以及SDRAM的驅動，在SDRAM的讀寫模塊，創(chuàng)新性地提出了一種半乒乓讀寫機制，從而避免了幀交錯的情況發(fā)生，保證了幀讀取畫面的完整性。USB部分實現(xiàn)了slavefifo模式下的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度接近40MB/s，基本達到USB2.0

3、最高傳輸速度;提出MFC架構的智能工業(yè)相機調試分析軟件方案，實現(xiàn)視頻預覽、截圖等功能，為智能工業(yè)相機研究的后續(xù)工作開展提供了平臺。
　　為了更真實地將Bayer陣列還原為彩色圖像，本文在對比了雙線性插值算法和梯度相關性算法之后，提出了更適合FPGA實現(xiàn)的全梯度插值算法;巧妙地利用FPGA的內部IP核，通過流水線處理方式實現(xiàn)了以上三種算法，實驗對比結果證明全梯度插值算法較梯度相關性算法更少的硬件資源占用和更好的還原效果。本文對低照度

4、增強算法進行去浮點數(shù)改進，使用流水線處理法實現(xiàn)改進后的算法，充分的發(fā)揮了FPGA的并行處理優(yōu)勢，最后通過獲得視頻的效果和幀率對比證明了算法的有效性和實時性。在邊緣檢測算法的實現(xiàn)過程中，首先將彩色圖像轉換為灰度圖像，然后巧妙地利用FPGA的內部資源實現(xiàn)了Sobel邊緣檢測算法，最后展示了不同閥值的邊緣檢測的實驗結果。
　　最后對本課題研制出的智能工業(yè)相機樣機進行實際測試，該樣機的視頻流暢、圖像清晰，并且能夠連續(xù)長時間穩(wěn)定工作，可用性