基于FPGA的高速图像采集和处理卡 能用于视觉检测系统

本文研究了基于高速罔像采集的指纹识别系统的设计方法与实现技术。本文介绍了DSP芯片识别指纹图像，外扩Flash存储器保存程序和指纹特征的设计，采用DSP专用汇编指令集与C语言混合编程的方法．以及高速图像采集方式的应用。通过高效、低功耗的硬件平台，指纹识别算法的移植，设计了一个快速、准确、高效的嵌入式指纹识别系统。

图像采集是数字化图像处理的第一步，开发图像采集平台是视觉系统开发的基础。视觉检测的速度是视觉检测要解决的关键技术之一，也是专用图像处理系统设计所要完成的首要目标“3。传统的图像采集卡只能将采集的图像数据实时传输给计算机，而不能传输给专用图像处理系统，因此需要研制专用的图像采集系统，既能够实时高速获取视觉图像，又能实时将图像数据传输给计算机和专用图像处理系统。   FPGA（FieldProgrammableGateArray）运算速度快，实时性强，易于并行运算和实现流水线结构，编程相对复杂，它实现图像底层处理速度快，易于通过VHDL（VeryHighSpeedIntegrateCircuitHardwareDescripTIonLanguage）语言编写程序实现。以FPGA为底层运算和控制核心，能够通过软件编程无限次更改内部硬件逻辑，改变功能，编程后的FPGA相当于专用集成芯片，采用硬件电路实现软件功能，具有很高的运行速度。典型的视觉应用系统可由下列五个部分组成：图像获取、预处理、特征的提取、分类和识别、响应等5个部分组成，其中预处理、特征提取、分类一识别三个阶段分别对应了视觉任务的底层、中层和高层。视觉检测中图像处理的特点是底层图像处理数据量大，算法简单，占有2／3的计算量，高层图像处理算法复杂，但数据量小。因此，底层图像采集及控制过程由FPGA实现；高层图像处理算法由DSP（DigitalSignalProcessor，数字信号处理）实现。高速完成视觉传感器的数据处理任务。

FPGA控制单元采用A1tera公司Cyclone II系列的EP2C5F256C6，主要由4个部分组成——主控模块、CMOS传感器接口、RAM控制器以及EZ—USB接口控制器。传感器接口负责完成SCCB时序控制，RAM控制器用于实现RAM读写与刷新操作的时序，USB接口模块完成主控模块与EZ—USB之间的数据读写；而主控模块负责对从EZ—USB部分接收过来的上位机命令进行解析，解析完命令后产生相应的信号控制各个对应模块，如CMOS传感器传输的图像格式、RAM的读写方式、突发长度等。