基于FPGA的工業(yè)相機圖像處理系統(tǒng)設計.pdf

1、碩士專業(yè)學位論文論文題目基于FPGA的工業(yè)相機圖像處理系統(tǒng)設計研究生姓名衡杰指導教師姓名胡劍凌專業(yè)名稱電子與通信工程研究方向數(shù)字電路設計論文提交日期2013年04月基于FPGA的工業(yè)相機圖像處理系統(tǒng)設計中文摘要I基于FPGA的工業(yè)相機圖像處理系統(tǒng)設計中文摘要近年來，機器視覺已經(jīng)發(fā)展成為光電子的一個應用分支，廣泛應用于微電子、PCB生產(chǎn)、自動駕駛、印刷、科學研究和軍事等領域。在機器視覺系統(tǒng)中，圖像信號的采集與處理是機器視覺的基礎與核心，而

2、圖像采集的工具就是工業(yè)相機，選擇合適的工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)。論文首先綜述了工業(yè)相機背景意義與發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎上通過對工業(yè)相機的性能需求分析，論文設計了由圖像傳感器接口模塊、主處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸與通信接口模塊、存儲模塊、電源和時鐘模塊等構成的系統(tǒng)方案。為實現(xiàn)高分辨率高幀率的圖像采集、處理和傳輸，系統(tǒng)方案設計中選擇Xilinx公司的高性能FPGA芯片Spartan6作為主處理器、USB3.0作為圖像數(shù)據(jù)傳輸與通信接口，并

3、進一步給出了系統(tǒng)硬件平臺的設計。在所設計的硬件平臺上，論文根據(jù)主處理器模塊所需要實現(xiàn)的功能對主控FPGA內(nèi)部采用了自頂向下的設計方法。首先設計了FPGA頂層框圖，并進行了功能子模塊劃分，包括CMOS控制模塊、DDR接口模塊、USB通信接口模塊、色彩空間轉換模塊、白平衡處理模塊、Gamma矯正和增益控制模塊等。隨后論文設計了各子模塊間的數(shù)據(jù)傳遞方案及各子模塊的外部接口。在此基礎上論文對各子模塊的內(nèi)部功能邏輯進行了細化設計。論文重點實現(xiàn)了F

4、PGA內(nèi)部的白平衡處理子模塊和色彩空間轉換子模塊，其中的色彩空間轉換子模塊實現(xiàn)了Gamma校正、BayerRGB到RGB的轉換、RGB到YUV的轉換以及不同YUV之間的轉換功能。論文設計了基于FDFIFO雙線性插值法的BayerRGB到RGB轉換、基于查表法的Gamma校正、基于采樣控制法的YUV到YUV轉換、基于灰度世界法的白平衡處理。各IP設計中遵循了結構設計、內(nèi)部進程狀態(tài)機設計、時序邏輯設計、邏輯設計、功能仿真的流程，論文最后對各