请问有适用嵌入式系统的数字图像采集模块设计方案吗？

1571 嵌入式系统图像采集接口

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 为了保证图像采集的高速性和连续性，求一种适用嵌入式系统的数字图像采集模块设计方案？ 0
2021-4-8 06:13:26　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报武文嘉相关推荐 • 实时图像采集模块怎么实现？ 2875 • 如何利用CPLD在一个低端嵌入式系统中实现图像采集功能？ 1098 • 分享一个不错的嵌入式网络视频服务器的设计方案 1620 • 数字图像处理在类圆管材识别计数系统有什么应用？ 3207 • 嵌入式框架EFC是什么？使用EFC的设计方案有哪些实例？ 3118 • 嵌入式系统采集图像数据的远程测量有什么优点？ 1885 • 基于WinCE的嵌入式图像采集系统该怎么设计？ 1384 • 嵌入式虹膜图像采集怎么实现？ 1390 • 求一种视频检测和远程控制的嵌入式系统设计方案 1459 • 如何设计嵌入式无线视频监控系统？ 1889 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　1 引言　　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。　　2 图像采集系统设计　　图1为图像采集系统框图。该系统包括OV7620图像数据采集板、FPGA的图像数据接收缓存板、两片SRAM构成的高速缓存以及系统外部接口。OV7620图像数据采集板主要完成图像数据采集，其图像数据总线、帧图像数据时钟、帧同步信号、行同步信号与FPGA图像数据接收缓存板相连，FPGA协调两片SRAM“乒乓模式”的读写操作，并完成模块的外部接口。　　　　2．1 OV7620图像数据采集板　　数字图像采集模块的核心是图像传感器。OV7620内置640x480的图像阵列，每秒可输出30帧以上的图像；并集成有诸如曝光控制、伽马、增益、白色控制、彩色矩阵、彩色饱和度、色彩控制、窗口等照相功能。该器件能够通过串行SCCB接口编程，通过编程实现8位和16位格式的输出。　　2．1．1 OV7620电路设计　　该系统设计采用OV7620的电路如图2所示。其中，SBB引脚接跳线，用于设置OV7620在复位时读取引脚状态或I2C方式配置；UV2引脚接上拉电阻，选择0V7620为QVGA工作状态（320x240）；Y3引脚接上拉电阻，选择OV7620为RGB数据格式输出：Y1引脚接上拉电阻，选择 OV7620位逐行扫描模式；PWDN引脚接地，OV7620不能工作在睡眠模式；UV0~UV7，Y0～Y7，XCLKl，HSYNC，VSYNC，PCLK，HREF，FODD，FREX接26针的插座，与FPGA相连，由 FPGA输出时钟和控制信号控制0V7620。在PCB设计时，应将模拟电源和数字电源、模拟地和数字地分开。电源的输入引脚接O．1μF的去耦电容和 47μF的防止电源“浪涌”的电容。模拟地和数字地分开布线，最后在一点接地。晶体振荡器应尽可能靠近器件放置，使其起振效果达到最佳。　　　　2．1．2 OV7620模块与FPGA板的连接　　图3为0V7620模块与FPGA板的接口电路，其中3．3 V和GND是由FPGA板供电接口，UV0～UV7及Y0～Y7是图像数据的输出总线，VSYNC是图像帧同步信号，HREF是图像的行同步信号，PCLK是图像数据时钟在时钟的上升沿，图像数据发生跳变。　　　　2．1.3 MSP430F1121组成I2C配置电路　　设计中采用MSP430Fll2l单片机配置OV7620，单片机通过JTAG接口下载程序，接入32．768 kHz的低速晶体振荡器，供单片机使用。单片机的P1．1，P1．0端口分别作为I2C总线的SCLK，SDA引脚，各接10 kΩ电阻上拉到3.3 V，增强了总线的驱动能力。单片机内部程序实现P1．1和P1．0组成的I2C总线。　　2．1．4 OV7620主设备工作模式　　OV7620有主设备和从设备两种工作模式。该系统设计选用主设备工作模式。在主设备工作模式时，0V7620可提供以下信号：水平行同步信号 Hsync，即CHSYNC引脚（输出状态），高电平有效；垂直场同步信号Vsync，即VSYNC引脚（输出状态），高电平有效；图像数据信号，由 UV7~UV0和Y7~Y0输出。图像数据同步时钟信号Pclk，即PCLK引脚。通过这些信号，系统可采用FPGA接收OV7620的数据，正确采集每一帧图像数据，为后续数据存储和处理奠定基础。　　2．2 FPGA的图像数据接收缓存板　　2．2．1 图像缓存方案　　采用高速SRAM切换模式，即“乒乓模式”。高速SRAM只有一个数据、地址和控制总线，可通过三态缓冲门分别接图像传感器和嵌入式系统。当图像传感器输出数据时，SRAM由三态门切换至图像传感器一侧，以使图像数据写入。当图像传感器输出数据结束后，SRAM再由三态门切换到嵌入式系统一侧以便嵌入式系统读写。在切换过程中，还应保证帧图像数据的完整性。这种方式的优点是SRAM可随机存取，同时易于得到较大容量的高速SRAM且价格适中。　　2．2．2 FPGA板模块电路　　图4为电源部分的设计电路。其中，FPGA板接9 V直流电源的输入，经7805后，9 V的电压转换为5 V，经电容平滑滤波后，5 V的电压输人给1117—3．3，得到3．3 V电压。电源工作指示灯VD2指示电源是否正常工作。同时，5 V的电压经1117—1．5，转换为1．5 V的电压输出，供给FPGA使用。　　　　图5为RS一232接口电路。该接口电路采用MAX232。图中，TX_OUTl_FPGA，RX_INl_FPGA，TX_OUT2_FPGA，RX_IN2_FPGA连接至FPGA的I/0引脚，FPGA的输出经MAX232的电平转换后，通过DB9的插座与PC机串口连接，实现FPGA与PC机通信，便于后续Nios II嵌入式软核调试。为了实现高速图像的采集与存储，保证在高速图像采集中图像的完整性，必须含有缓冲区。利用两片SRAM，其成本较低、容量大、操作简单，能够完成图像数据缓冲功能。SRAM选用IDT71V416，容量为256 Kxl6 bit，访问速度为10 ns，使用两片SRAM即可构成256 Kxl6 bitx2=8 Mbit的高速缓存，从而可实现图像数据的不间断传输。　　　　为了在FPGA内部嵌入Nios II软核，采用Flash存储器存储Nios II软核的程序，作为存储程序和数据的Flash存储器，要求操作简单、容量大、接口简单。凶此，选用TC58FVBl6-OAFT型Flash存储器。 Flash的地址总线，数据总线和控制引脚与FPGA的控制引脚相连，通过FPGA内部，挂载到Nios II软核的Avalon总线，实现读写控制。Flash的内部主要由存储阵列和控制逻辑电路、控制寄存器组成，并能产生“忙信号”。　　2．3 用EPCSl配置Cyclone系列FPGA 　　该系统设计采用Ahera公司的Cyclone系列 EPlC6Q240C8型的FPGA。选用EPCSl系列配置器件，在主动串行配置（Active Serial Programming）工作模式配置FPGA。EPCSl是1 Mbit的Ahera专用配置器件．其本质是一块专用Flash，用于保存FPGA的配置信息。Cyclone系列是基于SRAM的FPGA器件，可通过下载电缆在线配置该器件。掉电后。FPGA内部配置信息丢失。如果配合相应配置器件。FPGA在上电时，从配置器件读取配置内容，这样即可使用。　　2．4 Nios U嵌入式软核处理器　　Nios II是基于哈佛结构的RISC通用嵌入式处理器软核，能与用户逻辑相结合，编程至Ahera的FPGA中。使用Nios II处理器的优势是明显的，只要FPGA的资源允许，NiosII核在同一FPGA中被植入的数量无限制，此外Nios II可植入的Ahera FPGA的系列几乎没有限制，在这方面，Nios显然优于同类产品一Xilinx的MicroBlaze。另外，在开发工具的完备性方面、对常用的嵌入式操作系统支持方面，Nios II都优于MicroBlaze。就成本而言，Nios II的使用费仅仅是其占用的FPGA的逻辑资源费。因此，选用的FPGA越便宜，则Nios II的使用费就越低。在FPGA内部的Nios II创建完成后，需要对Nios II软核处理器进行编程。利用］Nios II IDE集成调试环境编写调试程序，最后，程序下载到FPGA内部。　　2．5 使用嵌入式逻辑分析仪实时测试　　为了验证该系统工作，使用SignalTap II实时测试。通过JTAG把图像数据读回PC机，实时监测图像采集卡所采集的图像数据。具体的图像数据的采集验证如图6所示。　　　　由图6看到UV总线和Y总线输出的帧图像的各像素点的原始RGB值，在行有效时（HREF为高电平）为 41，37，ll（R1，G1，B1）；40，44，11（R2，G2，B2）等。　　3 结语　　设计是在深入研究传统的图像采集模块的基础上，针对传统的PCI图像采集卡的弊端，设计适用于便携式嵌入式系统的图像采集模块。该系统实现了图像原始数据采集及缓存，保证了图像数据的连续和完整性，具有体积小、功耗低、速度快、接口简单的优点。

2021-4-8 16:25:08 评论举报殷谷光