如何使用FPGA實(shí)現(xiàn)多通道高速CMOS圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　基于圖像采集系統(tǒng)高速、大容量的特點(diǎn)，提出了一種以FPGA芯片為核心處理器件的CMOS圖像傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)將模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、LVDS與乒乓存儲(chǔ)等多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。詳細(xì)介紹了圖像采集、數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)序控制和數(shù)據(jù)解串等模塊的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)量達(dá)590MPix—els／s的圖像序列的數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)。大大方便了后續(xù)圖像處理電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

　　近年來(lái)，越來(lái)越多的高速圖像采集系統(tǒng)采用CMOS圖像傳感器作為圖像采集器件。隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝水平的提高，CMOS圖像傳感器像素單元的數(shù)量和采集速度不斷增大，單位時(shí)|’日J(rèn)內(nèi)圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)量成倍的增加，因此對(duì)于整個(gè)高速圖像采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、控制和處理等都提出了更高的要求lII。目前情況下，傳統(tǒng)的單通道數(shù)據(jù)傳輸方式和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)控制和處理功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足高速圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，必須采用新的數(shù)據(jù)傳輸方式和設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像采集、傳輸和存儲(chǔ)功能。

　　本文設(shè)計(jì)了一種以FPGA芯片為核心處理器件的多通道高速CMOS圖像采集系統(tǒng)，將LVDS技術(shù)和乒乓技術(shù)應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的圖像采集速度和實(shí)時(shí)性。

　　FPGA作為多通道高速CMOS圖像采集系統(tǒng)的核心器件，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)器件之間的通訊和邏輯控制功能。圖2所示為FPGA的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖。串行的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串行數(shù)據(jù)解串模塊轉(zhuǎn)化成為并行圖像數(shù)據(jù)，再通過(guò)輸入FIFO，以乒乓控制的方式存入SDRAM中。當(dāng)ADSP TS201S需要時(shí)，圖像數(shù)據(jù)通過(guò)輸出FIFO和接口模塊輸出。圖像傳感器時(shí)序控制模塊主要是提供圖像傳感器工作所需的各種時(shí)序和驅(qū)動(dòng)信號(hào)。SPI接口模塊將傳感器掃描的初始地址發(fā)送給傳感器的內(nèi)部寄存器。A／D時(shí)鐘控制模塊主要是控制MD轉(zhuǎn)換器和差分放大器的時(shí)鐘，使MD轉(zhuǎn)換器和差分放大器的轉(zhuǎn)換速率與圖像傳感器的采集速率同步。