CN103647913A - 基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统 - Google Patents

基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103647913A
CN103647913A CN201310722116.1A CN201310722116A CN103647913A CN 103647913 A CN103647913 A CN 103647913A CN 201310722116 A CN201310722116 A CN 201310722116A CN 103647913 A CN103647913 A CN 103647913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
data
fpga
output
image data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310722116.1A
Other languages
English (en)
Inventor
秦琦
吴南健
曹中祥
周杨帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201310722116.1A priority Critical patent/CN103647913A/zh
Publication of CN103647913A publication Critical patent/CN103647913A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，该系统包括信号调理模块、A/D转换模块、高速数据传输模块、FPGA控制模块、阵列式存储模块、通讯模块和可调配置模块，其中，信号调理模块、A/D转换模块、高速数据传输模块和FPGA控制模块依次连接，FPGA控制模块还同时连接于阵列式存储模块、通讯模块和可调配置模块，并通过通讯模块与上位机进行数据交互。本发明可实现对于高速图像传感器的数据捕获和快速存储，同时也可广泛应用于有类似需求的高速、高精度、高数据率、多通道数据采集和存储应用中。

Description

基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，尤其针对高速图像传感器的快速数据采集存储领域提供了一种高速、高精度、多通道数据采集和快速存储方案。
背景技术
采集和存储高速图像数据在工业生产、科学研究以及国防安全领域具有重要意义。但目前常用的使用DSP或MCU控制ADC进行数据采集的方案具有以下缺点：
1、受微处理器指令周期和程控顺序执行机制的限制，ADC采样无法满足高速、精密同步并发的图像采集要求；
2、受微处理器外部接口速率限制，不支持高速串行接口，达到相同数据带宽需要数目众多的IO接口；
3、随着图像帧速率的提高，数据带宽成倍增长，无法解决高速图像数据的快速存储问题。
随着FPGA技术的发展，由于其时钟频率高、内部延时少、多通道并行执行以及控制逻辑直接硬件实现等特性，使得基于FPGA的数据采集存储系统成为设计趋势。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决已有技术中的不足之处，提出一种基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，通过对多通道模拟信号的高速并行采集和图像数据分区阵列式存储，实现对高速图像传感器信号的快速捕获和图像数据的快速存储，同时可在线调整芯片配置参数、偏置信号和控制时钟，完成对高速图像传感器帧率、动态范围等参数的调整。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，该系统包括信号调理模块1、A／D转换模块2、高速数据传输模块3、FPGA控制模块4、阵列式存储模块5、通讯模块6和可调配置模块7，其中，信号调理模块1、A／D转换模块2、高速数据传输模块3和FPGA控制模块4依次连接，FPGA控制模块4还同时连接于阵列式存储模块5、通讯模块6和可调配置模块7，并通过通讯模块6与上位机进行数据交互。
上述方案中，所述信号调理模块1至少包括2个双通道精密差分放大器，用于对高速图像传感器输出的模拟信号进行单端转差分操作，进而提高信号抗干扰能力以及信号采集精度。所述每个双通道精密差分放大器分别具有两个输入端，每个输入端分别连接至高速图像传感器的一路模拟信号输出，以将多路模拟的单端信号转换为差分信号，信号放大比率为1∶1，这样提高了信号抗干扰能力和信号采集精度。
上述方案中，所述A／D转换模块2至少包括2个双通道A／D转换器，用于对信号调理模块1输出的差分信号进行模数转换，其输入端分别与所述的至少2个双通道精密差分放大器的模拟信号输出端相连。所述双通道A／D转换器内置采样保持电路和参考电压，时钟信号由外部输入，2个A／D转换器同时并行工作；其与FPGA控制模块通过时钟CLK、使能OE及控制信号线相连，并受其控制。
上述方案中，所述高速数据传输模块3至少包括2个高速并行-串行转换器，用以将A／D转换器输出的并行数据进行高速串行化，其输出电平符合LVDS标准，提高了数据抗干扰能力及传输速率，减少了所需管脚数目。所述高速数据传输模块3的输入端分别与至少2个双通道A／D转换器的并行数据输出端相连，将A／D转换器输出的并行数据转化为高速串行数据输出，串行输出的电平符合LVDS标准。
上述方案中，所述FPGA控制模块4至少包括1个高性能FPGA芯片41，用于做数据接收、数据存储和读出、USB读写控制、偏置控制、参数设置、以及数据交互中的指令解析等工作。
上述方案中，所述FPGA控制模块4包括数据接收整理单元411、数据写入缓存单元412、存储阵列控制单元413、指令解析单元414、数据读出缓存单元415、USB读写控制单元416、偏置控制单元417、参数配置单元418和时钟产生单元419，其中：
数据接收整理单元411与高速数据传输模块3的输出端相连接，存储阵列控制单元413与阵列式存储模块5相连接，数据接收整理单元411、存储阵列控制单元413与数据写入缓存单元412、数据读出缓存单元415一起构成图像数据的写入、读出通道；
USB读写控制单元416与通讯模块6相连接，与指令解析模块、通讯模块一起组成数据交互、指令分析、任务分配核心；
偏置控制单元417与可调偏置输出模块7通过SPI接口相连接，用于输出控制信号，调节偏置电压输出所需电平，提供给图像传感器使之正常工作；
时钟产生单元419分别与外部的高速图像传感器、A／D转换模块2、高速数据传输模块3的相连接，用于生成时钟并输出，以控制图像传感器工作帧率、A／D转换速率、数据传输速率；
参数配置单元418与外部的高速图像传感器通过SPI接口相连接。
上述方案中，所述阵列式存储模块5与FPGA控制模块相连接，至少包括第一快速存储器51和第二快速存储器52，第一快速存储器51和第二快速存储器52的数据位宽为64bit，组建双通道同时读写时位宽达128bit，最大工作频率400MHz下，数据带宽可达6.25GBps。其受FPGA控制模块的操作控制，快速存入或读出高速图像数据。
上述方案中，所述通讯模块6包括1个支持USB协议的微处理器61，用于实现USB协议的媒介，完成FPGA控制模块和上位机之间的数据交互。所述通讯模块6与上位机之间通过USB接口进行数据交互，与FPGA控制模块之间通过数据总线和控制总线进行数据交互。
上述方案中，所述可调偏置输出模块7至少包括2个可调模拟电压输出单元和1个电压基准源，可调偏置输出模块7与FPGA控制模块经SPI接口相连接，并受其控制可调整数字电位器阻值，以获得不同电压，可调偏置输出模块7的输出端与图像传感器相连接。每个模拟电压输出单元由低噪声运算放大器和精密数字电位器构成，以基准电压源做为参考电平，根据比例放大电路原理实现。
(三)有益效果
从上述技术方案中可以看出，本发明具有以下有益效果：
a.本发明提供的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，基于FPGA、阵列式存储的架构，实现了多通道AD的高速、高精度、精确同步并行采集和高数据带宽的快速存储；
b.本发明提供的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，采用了‘并行-串行’转换的高速数据传输设计，极大减少了FPGA所需管脚数目，并提高了传输速率和数据抗干扰能力；
c.本发明提供的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，利用USB接口与上位机通讯，可根据用户需求，通过配置工作参数和调节偏置电压，动态调整高速图像传感器的帧率、动态范围等参数；
d.本发明提供的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，适用于高速图像传感器外的各种高速、高精度、高数据带宽、同步多通道模拟量采集和数据存储应用。
e.本发明可实现对于高速图像传感器的数据捕获和快速存储，同时也可广泛应用于有类似需求的高速、高精度、高数据率、多通道数据采集和存储应用中。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作详细说明：
图1为依照本发明实施例的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统的示意图；
图2为图1中FPGA控制模块的示意图；
图3为依照本发明实施例的上位机下发的指令帧的结构示意图；
图4为依照本发明实施例的上报的图像数据帧的结构示意图；
图5为依照本发明实施例的实际采集和存储的图像序列的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为依照本发明实施例的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统的示意图，该系统包括信号调理模块1、A／D转换模块2、高速数据传输模块3、FPGA控制模块4、阵列式存储模块5、通讯模块6和可调配置模块7，其中，信号调理模块1、A／D转换模块2、高速数据传输模块3和FPGA控制模块4依次连接，FPGA控制模块4还同时连接于阵列式存储模块5、通讯模块6和可调配置模块7，并通过通讯模块6与上位机进行数据交互。
其中，信号调理模块1至少包括2个双通道精密差分放大器，用于对高速图像传感器输出的模拟信号进行单端转差分操作，进而提高信号抗干扰能力以及信号采集精度。每个双通道精密差分放大器分别具有两个输入端，每个输入端分别连接至高速图像传感器的一路模拟信号输出，以将多路模拟的单端信号转换为差分信号，信号放大比率为1∶1，这样提高了信号抗干扰能力和信号采集精度。
A／D转换模块2至少包括2个双通道A／D转换器，用于对信号调理模块1输出的差分信号进行模数转换，其输入端分别与所述的至少2个双通道精密差分放大器的模拟信号输出端相连。该双通道A／D转换器内置采样保持电路和参考电压，时钟信号由外部输入，2个A／D转换器同时并行工作。其与FPGA控制模块通过时钟CLK、使能OE及控制信号线相连，并受其控制。其中双通道A／D转换器具有单电源供电、低噪声、内置采样保持电路及参考电压等特性，这至少2个高速双通道A／D转换器在时钟CLk2和输出使能OE控制下并行同时采集。
高速数据传输模块3至少包括2个高速并行-串行转换器，用以将A／D转换器输出的并行数据进行高速串行化，其输出电平符合LVDS标准，提高了数据抗干扰能力及传输速率，减少了所需管脚数目。其输入端分别与上述至少2个双通道A／D转换器的并行数据输出端相连，将A／D转换器输出的并行数据转化为高速串行数据输出，串行输出的电平符合LVDS标准。
FPGA控制模块4至少包括1个高性能FPGA芯片41，采用Altera公司Stratix III系列芯片，用于做数据接收、数据存储和读出、USB读写控制、偏置控制、参数设置、以及数据交互中的指令解析等工作。该FPGA控制模块4包括数据接收整理单元411、数据写入缓存单元412、存储阵列控制单元413、指令解析单元414、数据读出缓存单元415、USB读写控制单元416、偏置控制单元417、参数配置单元418和时钟产生单元419，其中数据接收整理单元411与高速数据传输模块3的输出端相连接，存储阵列控制单元413与阵列式存储模块5相连接，数据接收整理单元411、存储阵列控制单元413与数据写入缓存单元412、数据读出缓存单元415一起构成图像数据的写入、读出通道。USB读写控制单元416与通讯模块6相连接(经数据总线、控制总线)，与指令解析模块414一起组成数据交互、指令分析、任务分配核心；偏置控制单元417与可调偏置输出模块7通过SPI接口相连接，用于输出控制信号，调节偏置电压输出所需电平，提供给图像传感器使之正常工作；时钟产生单元419分别与外部的高速图像传感器、A／D转换模块2、高速数据传输模块3的相连接，用于生成时钟并输出，以控制图像传感器工作帧率、A／D转换速率、数据传输速率；参数配置单元418与外部的高速图像传感器通过SPI接口相连接。
阵列式存储模块5与FPGA控制模块相连接，至少包括2个快速数据存储器，即第一快速存储器51和第二快速存储器52，DDR2快速存储器的数据位宽为64bit，组建双通道同时读写时位宽达128bit，最大工作频率400MHz下，数据带宽可达6.25GBps。其受FPGA控制模块的操作控制，快速存入或读出高速图像数据。
通讯模块6包括1个支持USB协议的微处理器61，通讯模块6与上位机之间通过USB接口进行数据交互；通讯模块6与FPGA控制模块之间通过数据总线和控制总线进行数据交互。其主要功能是实现USB协议的媒介，完成FPGA控制模块和上位机之间的数据交互。配置为Bulk传输模式，帧长512Byte，End Point2为Bulk_In端点；End Point8为Bulk_Out端点。
可调偏置输出模块7至少包括2个可调模拟电压输出单元和1个电压基准源，与FPGA控制模块经SPI接口相连接，其输出端与图像传感器相连接。每个模拟电压输出单元由低噪声运算放大器和精密数字电位器构成，以基准电压源做为参考电平，根据‘比例放大电路’原理实现。可调偏置输出模块7与FPGA控制模块4通过SPI接口相连，并受其控制可调整数字电位器阻值，以获得不同电压。
以下结合图1所示的实施例对本发明提供的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统进行详细描述，在图1所示的实施例中：
信号调理模块1包括8个双通道精密差分放大器(11、12、……、18)，这8个双通道精密差分放大器是低噪声、低谐波失真、高带宽的双通道精密差分放大器，外部控制转换增益为G=1，每个双通道精密差分放大器分别具有两个输入端，这8个双通道精密差分放大器共16个输入端分别连接至高速图像传感器的16路模拟信号输出，以将16路模拟的单端信号转换为差分信号，信号放大比率为1∶1，这样提高了信号抗干扰能力和信号采集精度。
A／D转换模块2包括8个高速双通道A／D转换器(21、22、……、28)，这8个高速双通道A／D转换器具有单电源供电、低噪声、内置采样保持电路及参考电压等特性，其关键参数如采样率计算如下：若图像传感器输出分辨率为H×V，图像帧率为F帧／秒，即每秒输出H×V×F个像素点信号，由这8个高速双通道A／D转换器的16路A／D转换器并行同时采集，也即单路AD理论所需采样率为：(H×V×F/16)SPS。考虑到实际输出图像帧之问存在冗余时间问隙等因素，选取2～5倍理论采样率。以分辨率800×600，图像帧率1000帧／秒输出计算，实际采用最大65MSPS双通道14bit模数转换器，工作时钟由外部输入，这8个高速双通道A／D转换器的输入端与信号调理模块1的16路差分输出信号相连接。经过模数转换，输出224通道并行LVCMOS-3.3V电平信号。这8个高速双通道A／D转换器在时钟CLk2和输出使能OE控制下并行同时采集。
高速数据传输模块3包括8个高速并行-串行转换器(31、32、……、38)，这8个高速并行-串行转换器的输入端与A／D转换模块3输出端的224路并行数据线相连，按照7∶1的压缩比率输出(输出端为LVDS电平，符合TIA／EIA-664标准)，即每7bit并行数据转换为1bit高速串行数据输出，串行输出速度为并行数据输出速率的7倍，故共输出32对差分数据线和8对差分时钟线，极大的减少了管脚数量，提高了传输速率和抗干扰能力。这8个高速并行-串行转换器在CLK3时钟控制下并行同时传输，工作时钟CLK3参数计算如下：若图像传感器输出分辨率为：H×V，图像帧率为：F帧／秒，单个像素A／D转换位数为：M bits，若压缩比率为K，则单个串行数据通道数据速率则为：(H×V×F×M)／32bit／s，则所需输入时钟为：(H×V×F×M)／(32×K)Hz。根据前述数据，计算可得单通道数据速率为：210Mbps，输入时钟为30MHz。考虑到实际输出图像帧之间存在冗余时间间隙等因素，选取2～5倍理论时钟频率，实际选择最高工作频率66MHz的高速并行-串行转换器。
FPGA控制模块4是1个高性能FPGA芯片41，采用Altera公司StratixIII系列芯片，用于做数据接收、数据存储和读出、USB读写控制、偏置控制、参数设置、以及数据交互中的指令解析等工作，后续详细说明。
阵列式存储模5包括至少2个DDR2快速存储器，即第一快速存储器51和第二快速存储器52，DDR2快速存储器的数据位宽为64bit，组建双通道同时读写时位宽达128bit，最大工作频率400MHz下，数据带宽可达6.25GBps。其受FPGA控制模块的操作控制，快速存入或读出高速图像数据。
通讯模块6包括1个支持USB协议的微处理器61，通讯模块6与上位机之间通过USB接口连接；通讯模块6与FPGA控制模块之间通过数据总线和控制总线相连。其主要功能是实现USB协议的媒介，完成FPGA控制模块和上位机之间的数据交互。配置为Bulk传输模式，帧长512Byte，End Point2为Bulk_In端点；End Point8为Bulk_Out端点。
可调偏置输出模块7包括10个模拟电压输出单元(71、72、……、710)，以及1个基准电压源711。每个模拟电压输出单元由低噪声运算放大器和精密数字电位器构成，以基准电压源711做为参考电平，根据‘比例放大电路’原理实现。其与FPGA控制模块4通过SPI接口相连，并受其控制可调整数字电位器阻值，以获得不同电压，输出图像传感器工作所需偏置电压。
FPGA控制模块4是设计重点，以下详细说明其内部实现。如图2所示：
FPGA控制模块4是1个高性能FPGA芯片41，实际设计中在FPGA芯片内部又设置了9个功能单元，即如图2中所示的数据接收整理单元411、数据写入缓存单元412、存储阵列控制单元413、指令解析单元414、数据读出缓存单元415、USB读写控制单元416、偏置控制单元417、参数配置单元418和时钟产生单元419。
系统工作时由指令解析单元414、USB读写控制单元416及通讯模块6组成USB数据交互通路。数据下行时，上位机整理创建指令帧，封装为USB帧结构后经USB总线传输至通讯模块6，通讯模块6根据USB协议解析后获得有效指令数据，由USB读写控制单元416读取，并最终交指令解析单元414分析指令并执行。数据上行时，指令解析单元414从数据读出缓存单元415读取相应数据，经USB读写控制单元416和通讯模块6，完成数据帧格式封装后，经USB总线上传至上位机。
当指令解析单元414接收到“配置”命令和配置参数时，控制偏置控制单元417、参数配置单元418及时钟产生单元419执行相应操作，具体包括：
a、通过SPI接口控制各数字电位器，使可调偏置输出模块7输出适当电压信号；
b、通过SPI接口下载高速图像传感器工作参数；
c、根据当前图像传感器工作参数计算CLK1，CLK2，CLK3时钟周期并输出。
当指令解析单元414接收到开始“采集”指令时，其启动数据接收整理单元411开始接收数据。其输入端与高速数据传输模块3的输出端32路串行数据通道相连，以1通道差分时钟为同步时钟基准。设计时，32路串行差分通道和8路差分时钟通道应保持等长，根据需求选择8通道差分时钟任意1通道即可。该单元输出端恢复为256路并行数据端口(注：16通道数据，每通道16bit数据，其中14bit有效数据，最高2位固定为0)写入数据写入缓存412。经过存储阵列控制单元413读取后，按照DDR2时序，分2个区域分别写入阵列式存储模块5中的第一快速存储器51和第二快速存储器52，实现图像数据的获取和快速存储。数据‘写满’后，413存储阵列控制模块自动挂起，并通知414指令解析模块不再处理“采集”指令。
当414指令解析单元接收到图像数据“上报”指令时，其复位413存储阵列控制单元中的地址指针，并启动其从5阵列式存储模块中读取数据。每次从第一快速存储器51和第二快速存储器52各读取64bit数据，重新组成128bit数据写入数据读出缓存415。其中每帧数据共读取31次‘数据读出缓存’，组成248个16bit型图像数据。每读出496Byte数据，指令解析单元414填写好同步帧头、图像帧号、帧内数据包号，组成图像数据帧，通过USB读写控制单元416和通讯模块6，最终上报至上位机。数据‘读空’后，存储阵列控制模块413自动‘挂起’，并通知指令解析单元414读取完毕。
上位机下发的指令帧结构如图3所示，因Bulk传输模式下设定最小帧长512Byte，未使用的部分填0；
上报的图像数据帧结构如图4所示，同样最小帧长为512Byte。
图5为采用本发明，实际采集和存储的图像序列(刺破装满水的气球前后时刻图像)，实际帧率1000帧／秒，分辨率800×600，14bit灰度级(实际显示采用8bit)，顺序选取前后4张图像。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，该系统包括信号调理模块(1)、A／D转换模块(2)、高速数据传输模块(3)、FPGA控制模块(4)、阵列式存储模块(5)、通讯模块(6)和可调配置模块(7)，其中，信号调理模块(1)、A／D转换模块(2)、高速数据传输模块(3)和FPGA控制模块(4)依次连接，FPGA控制模块(4)还同时连接于阵列式存储模块(5)、通讯模块(6)和可调配置模块(7)，并通过通讯模块(6)与上位机进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述信号调理模块(1)至少包括2个双通道精密差分放大器，用于对高速图像传感器输出的模拟信号进行单端转差分操作，进而提高信号抗干扰能力以及信号采集精度。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述每个双通道精密差分放大器分别具有两个输入端，每个输入端分别连接至高速图像传感器的一路模拟信号输出，以将多路模拟的单端信号转换为差分信号，信号放大比率为1∶1，以提高信号抗干扰能力和信号采集精度。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述A／D转换模块(2)至少包括2个双通道A／D转换器，用于对信号调理模块(1)输出的差分信号进行模数转换，其输入端分别与所述的至少2个双通道精密差分放大器的模拟信号输出端相连。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述双通道A／D转换器内置采样保持电路和参考电压，时钟信号由外部输入，2个A／D转换器同时并行工作；其与FPGA控制模块通过时钟CLK、使能OE及控制信号线相连，并受其控制。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述高速数据传输模块(3)至少包括2个高速并行-串行转换器，用以将A／D转换器输出的并行数据进行高速串行化，其输出电平符合LVDS标准，提高数据抗干扰能力及传输速率，减少所需管脚数目。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述高速数据传输模块(3)的输入端分别与至少2个双通道A／D转换器的并行数据输出端相连，将A／D转换器输出的并行数据转化为高速串行数据输出，串行输出的电平符合LVDS标准。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述FPGA控制模块(4)至少包括1个高性能FPGA芯片41，用于做数据接收、数据存储和读出、USB读写控制、偏置控制、参数设置、以及数据交互中的指令解析等工作。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述FPGA控制模块(4)包括数据接收整理单元(411)、数据写入缓存单元(412)、存储阵列控制单元(413)、指令解析单元(414)、数据读出缓存单元(415)、USB读写控制单元(416)、偏置控制单元(417)、参数配置单元(418)和时钟产生单元(419)，其中：
数据接收整理单元(411)与高速数据传输模块(3)的输出端相连接，存储阵列控制单元(413)与阵列式存储模块(5)相连接，数据接收整理单元(411)、存储阵列控制单元(413)与数据写入缓存单元(412)、数据读出缓存单元(415)一起构成图像数据的写入、读出通道；
USB读写控制单元(416)与通讯模块(6)相连接，与指令解析模块、通讯模块一起组成数据交互、指令分析、任务分配核心；
偏置控制单元(417)与可调偏置输出模块(7)通过SPI接口相连接，用于输出控制信号，调节偏置电压输出所需电平，提供给图像传感器使之正常工作；
时钟产生单元(419)分别与外部的高速图像传感器、A／D转换模块(2)、高速数据传输模块(3)的相连接，用于生成时钟并输出，以控制图像传感器工作帧率、A／D转换速率、数据传输速率；
参数配置单元(418)与外部的高速图像传感器通过SPI接口相连接。
10.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述阵列式存储模块(5)与FPGA控制模块相连接，至少包括第一快速存储器(51)和第二快速存储器(52)，第一快速存储器(51)和第二快速存储器(52)的数据位宽为64bit，组建双通道同时读写时位宽为128bit，在最大工作频率400MHz下，数据带宽为6.25GBps；其受FPGA控制模块的操作控制，快速存入或读出高速图像数据。
11.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述通讯模块(6)包括1个支持USB协议的微处理器(61)，用于实现USB协议的媒介，完成FPGA控制模块和上位机之间的数据交互。
12.根据权利要求11所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述通讯模块(6)与上位机之问通过USB接口进行数据交互，与FPGA控制模块之间通过数据总线和控制总线进行数据交互。
13.根据权利要求1所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，所述可调偏置输出模块(7)至少包括2个可调模拟电压输出单元和1个电压基准源，可调偏置输出模块(7)与FPGA控制模块经SPI接口相连接，并受其控制可调整数字电位器阻值，以获得不同电压，可调偏置输出模块(7)的输出端与图像传感器相连接。
14.根据权利要求13所述的基于FPGA的多通道高速图像数据采集和存储系统，其特征在于，每个模拟电压输出单元由低噪声运算放大器和精密数字电位器构成，以基准电压源做为参考电平，根据比例放大电路原理实现。
CN201310722116.1A 2013-12-24 2013-12-24 基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统 Pending CN103647913A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310722116.1A CN103647913A (zh) 2013-12-24 2013-12-24 基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310722116.1A CN103647913A (zh) 2013-12-24 2013-12-24 基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103647913A true CN103647913A (zh) 2014-03-19

Family

ID=50253059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310722116.1A Pending CN103647913A (zh) 2013-12-24 2013-12-24 基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103647913A (zh)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104077565A (zh) * 2014-06-17 2014-10-01 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别单元和电子设备
CN104317978A (zh) * 2014-10-24 2015-01-28 威海北洋光电信息技术股份公司 基于fpga的带自检校正功能的pcie数据采集装置及方法
CN104814756A (zh) * 2015-04-29 2015-08-05 北京永新医疗设备有限公司 电子学系统及其信号处理方法和单光子发射断层成像设备
CN105424324A (zh) * 2015-12-17 2016-03-23 哈尔滨工业大学 一种用于对cmos图像传感器进行非线性参数实时测试的装置
CN105717844A (zh) * 2016-03-29 2016-06-29 中国计量学院 多功能信号采集仪
CN106095334A (zh) * 2016-06-03 2016-11-09 江苏科技大学 一种基于fpga的高速数据采集存储系统
CN104267312B (zh) * 2014-09-23 2017-03-08 国网安徽省电力公司淮南供电公司 一种基于lvds高速采样的嵌入式行波测距装置
CN106569975A (zh) * 2016-11-02 2017-04-19 北京航天长征飞行器研究所 一种基于高速串行总线的大容量数据实时存储系统
CN107135365A (zh) * 2017-05-19 2017-09-05 湖北三江航天红林探控有限公司 一种高速图像弹载数据记录装置
CN103927401B (zh) * 2014-04-16 2018-02-16 公安部第一研究所 一种多通道采样的高速信号采集与处理系统
CN107907123A (zh) * 2017-09-30 2018-04-13 北京航天时代光电科技有限公司 一种高速信号采集处理系统
CN108228127A (zh) * 2018-01-09 2018-06-29 武汉精测电子集团股份有限公司 用于产生spi接口图形信号的装置及图形信号发生器
CN108227540A (zh) * 2016-12-14 2018-06-29 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种可配置多通道高精度模拟量采集系统及方法
CN110321316A (zh) * 2019-06-19 2019-10-11 西安思丹德信息技术有限公司 一种多通道同步数据采集自适应训练控制装置及方法
CN110720206A (zh) * 2018-08-23 2020-01-21 深圳市大疆创新科技有限公司 一种数据采集系统、传输转换电路以及移动平台
CN111193840A (zh) * 2018-10-29 2020-05-22 格科微电子（上海）有限公司 高速图像传感器读出电路的实现方法
CN111339018A (zh) * 2020-02-18 2020-06-26 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 一种fpga板卡间速率可调的高速数据传输系统及方法
CN111614357A (zh) * 2020-06-09 2020-09-01 山东省科学院激光研究所 一种超多通道嵌入式高速信号采集处理系统及方法
CN111679993A (zh) * 2020-05-29 2020-09-18 湖南苍树航天科技有限公司 一种多通道并行同步总线控制器
CN112422835A (zh) * 2020-12-16 2021-02-26 深圳市六合智能感知系统科技有限公司 图像的高速采集方法、系统、设备及存储介质
CN112698094A (zh) * 2020-12-04 2021-04-23 中山大学 一种多通道多采集模式高速采集系统和方法
CN113035331A (zh) * 2021-03-23 2021-06-25 石彦庆 一种用于pacs的影像采集系统
CN113259318A (zh) * 2021-04-12 2021-08-13 中国科学院上海技术物理研究所 高速数据传输方法、系统、存储介质、信息数据处理终端
CN113568347A (zh) * 2021-07-27 2021-10-29 中电科思仪科技股份有限公司 一种基于adc的高速数字逻辑采集电路及采集方法
CN117235166A (zh) * 2023-11-14 2023-12-15 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种基于电力大数据的电力系统信息处理系统

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101498937A (zh) * 2009-03-04 2009-08-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 航天光学遥感器主动热控电路的仿真测试方法
CN101599670A (zh) * 2009-05-27 2009-12-09 北京航空航天大学 一种集成化双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承控制系统
US20100052653A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Spx Corporation Digital Oscilloscope Module with Glitch Detection
CN102137229A (zh) * 2011-03-09 2011-07-27 上海贝威科技有限公司 嵌入式高清全景摄像机及方法
CN102176142A (zh) * 2010-12-31 2011-09-07 威海北洋电气集团股份有限公司 基于fpga的高速数据采集系统
CN102214080A (zh) * 2010-04-12 2011-10-12 冷春林 基于USB Video Class的多点式VGA图像采集和显示系统
CN202364289U (zh) * 2011-11-04 2012-08-01 北京工业大学 一种高分辨率的ccd相机
EP2492694A1 (en) * 2011-02-23 2012-08-29 General Electric Company Method and system of a sensor interface having dynamic automatic gain control dependent on speed
CN102749520A (zh) * 2012-06-19 2012-10-24 北京康拓科技有限公司 一种基于pxi总线的多通道高精度铂热电阻模拟板
CN102891968A (zh) * 2012-10-25 2013-01-23 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 基于crt驱动电路实现emccd高压驱动信号的系统
CN202838339U (zh) * 2012-07-11 2013-03-27 南京国电环保科技有限公司 基于dsp和fpga的高速数据采集处理系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100052653A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Spx Corporation Digital Oscilloscope Module with Glitch Detection
CN101498937A (zh) * 2009-03-04 2009-08-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 航天光学遥感器主动热控电路的仿真测试方法
CN101599670A (zh) * 2009-05-27 2009-12-09 北京航空航天大学 一种集成化双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承控制系统
CN102214080A (zh) * 2010-04-12 2011-10-12 冷春林 基于USB Video Class的多点式VGA图像采集和显示系统
CN102176142A (zh) * 2010-12-31 2011-09-07 威海北洋电气集团股份有限公司 基于fpga的高速数据采集系统
EP2492694A1 (en) * 2011-02-23 2012-08-29 General Electric Company Method and system of a sensor interface having dynamic automatic gain control dependent on speed
CN102137229A (zh) * 2011-03-09 2011-07-27 上海贝威科技有限公司 嵌入式高清全景摄像机及方法
CN202364289U (zh) * 2011-11-04 2012-08-01 北京工业大学 一种高分辨率的ccd相机
CN102749520A (zh) * 2012-06-19 2012-10-24 北京康拓科技有限公司 一种基于pxi总线的多通道高精度铂热电阻模拟板
CN202838339U (zh) * 2012-07-11 2013-03-27 南京国电环保科技有限公司 基于dsp和fpga的高速数据采集处理系统
CN102891968A (zh) * 2012-10-25 2013-01-23 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 基于crt驱动电路实现emccd高压驱动信号的系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵凯生等: ""基于FPGA的小型化线列红外探测器数据采集系统设计"", 《电子技术应用》 *

Cited By (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103927401B (zh) * 2014-04-16 2018-02-16 公安部第一研究所 一种多通道采样的高速信号采集与处理系统
WO2015192537A1 (zh) * 2014-06-17 2015-12-23 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别单元和电子设备
CN104077565A (zh) * 2014-06-17 2014-10-01 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别单元和电子设备
CN104077565B (zh) * 2014-06-17 2018-04-06 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别单元和电子设备
CN104267312B (zh) * 2014-09-23 2017-03-08 国网安徽省电力公司淮南供电公司 一种基于lvds高速采样的嵌入式行波测距装置
CN104317978B (zh) * 2014-10-24 2017-07-28 威海北洋光电信息技术股份公司 基于fpga的带自检校正功能的pcie数据采集装置及方法
CN104317978A (zh) * 2014-10-24 2015-01-28 威海北洋光电信息技术股份公司 基于fpga的带自检校正功能的pcie数据采集装置及方法
CN104814756A (zh) * 2015-04-29 2015-08-05 北京永新医疗设备有限公司 电子学系统及其信号处理方法和单光子发射断层成像设备
CN105424324A (zh) * 2015-12-17 2016-03-23 哈尔滨工业大学 一种用于对cmos图像传感器进行非线性参数实时测试的装置
CN105424324B (zh) * 2015-12-17 2018-01-30 哈尔滨工业大学 一种用于对cmos图像传感器进行非线性参数实时测试的装置
CN105717844A (zh) * 2016-03-29 2016-06-29 中国计量学院 多功能信号采集仪
CN106095334A (zh) * 2016-06-03 2016-11-09 江苏科技大学 一种基于fpga的高速数据采集存储系统
CN106095334B (zh) * 2016-06-03 2019-02-12 江苏科技大学 一种基于fpga的高速数据采集存储系统
CN106569975A (zh) * 2016-11-02 2017-04-19 北京航天长征飞行器研究所 一种基于高速串行总线的大容量数据实时存储系统
CN108227540B (zh) * 2016-12-14 2020-10-20 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种可配置多通道高精度模拟量采集系统及方法
CN108227540A (zh) * 2016-12-14 2018-06-29 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种可配置多通道高精度模拟量采集系统及方法
CN107135365A (zh) * 2017-05-19 2017-09-05 湖北三江航天红林探控有限公司 一种高速图像弹载数据记录装置
CN107135365B (zh) * 2017-05-19 2019-05-21 湖北三江航天红林探控有限公司 一种高速图像弹载数据记录装置
CN107907123A (zh) * 2017-09-30 2018-04-13 北京航天时代光电科技有限公司 一种高速信号采集处理系统
CN107907123B (zh) * 2017-09-30 2020-07-14 北京航天时代光电科技有限公司 一种高速信号采集处理系统
CN108228127A (zh) * 2018-01-09 2018-06-29 武汉精测电子集团股份有限公司 用于产生spi接口图形信号的装置及图形信号发生器
CN108228127B (zh) * 2018-01-09 2022-07-01 武汉精测电子集团股份有限公司 用于产生spi接口图形信号的装置及图形信号发生器
CN110720206A (zh) * 2018-08-23 2020-01-21 深圳市大疆创新科技有限公司 一种数据采集系统、传输转换电路以及移动平台
CN110720206B (zh) * 2018-08-23 2021-06-04 深圳市大疆创新科技有限公司 一种数据采集系统、传输转换电路以及移动平台
CN111193840B (zh) * 2018-10-29 2021-10-29 格科微电子（上海）有限公司 高速图像传感器读出电路的实现方法
CN111193840A (zh) * 2018-10-29 2020-05-22 格科微电子（上海）有限公司 高速图像传感器读出电路的实现方法
CN110321316B (zh) * 2019-06-19 2021-05-25 西安思丹德信息技术有限公司 一种多通道同步数据采集自适应训练控制装置及方法
CN110321316A (zh) * 2019-06-19 2019-10-11 西安思丹德信息技术有限公司 一种多通道同步数据采集自适应训练控制装置及方法
CN111339018B (zh) * 2020-02-18 2023-08-25 山东浪潮科学研究院有限公司 一种fpga板卡间速率可调的高速数据传输系统及方法
CN111339018A (zh) * 2020-02-18 2020-06-26 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 一种fpga板卡间速率可调的高速数据传输系统及方法
CN111679993A (zh) * 2020-05-29 2020-09-18 湖南苍树航天科技有限公司 一种多通道并行同步总线控制器
CN111679993B (zh) * 2020-05-29 2021-08-17 湖南苍树航天科技有限公司 一种多通道并行同步总线控制器
CN111614357A (zh) * 2020-06-09 2020-09-01 山东省科学院激光研究所 一种超多通道嵌入式高速信号采集处理系统及方法
CN111614357B (zh) * 2020-06-09 2023-06-02 山东省科学院激光研究所 一种超多通道嵌入式高速信号采集处理系统及方法
CN112698094A (zh) * 2020-12-04 2021-04-23 中山大学 一种多通道多采集模式高速采集系统和方法
CN112698094B (zh) * 2020-12-04 2022-06-24 中山大学 一种多通道多采集模式高速采集系统和方法
CN112422835B (zh) * 2020-12-16 2022-08-26 深圳市六合智能感知系统科技有限公司 图像的高速采集方法、系统、设备及存储介质
CN112422835A (zh) * 2020-12-16 2021-02-26 深圳市六合智能感知系统科技有限公司 图像的高速采集方法、系统、设备及存储介质
CN113035331A (zh) * 2021-03-23 2021-06-25 石彦庆 一种用于pacs的影像采集系统
CN113259318A (zh) * 2021-04-12 2021-08-13 中国科学院上海技术物理研究所 高速数据传输方法、系统、存储介质、信息数据处理终端
CN113259318B (zh) * 2021-04-12 2023-05-05 中国科学院上海技术物理研究所 高速数据传输方法、系统、存储介质、信息数据处理终端
CN113568347A (zh) * 2021-07-27 2021-10-29 中电科思仪科技股份有限公司 一种基于adc的高速数字逻辑采集电路及采集方法
CN117235166A (zh) * 2023-11-14 2023-12-15 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种基于电力大数据的电力系统信息处理系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103647913A (zh) 基于fpga的多通道高速图像数据采集和存储系统
CN107133011B (zh) 一种示波记录仪的多通道数据存储方法
CN103647901A (zh) 基于fpga的低成本无外置存储器的图像数据采集传输系统
CN101807214A (zh) 一种基于fpga的高速信号采集存储及回放装置
CN106444505A (zh) 一种多通道同步信号采集系统
CN102916914B (zh) 一种模拟前端的数据接收处理系统
CN102497575B (zh) 一种多片面阵ccd的筛选测试系统
CN103686006B (zh) 一种基于压缩传感的全局式曝光cmos图像传感器
JP2016503526A (ja) データ処理方法及び装置
CN104796636B (zh) 用于超大面阵拼接cmos图像传感器的复用型像元控制电路
CN113703370A (zh) 一种多通道高分辨率数据采集系统
CN111966628B (zh) 一种多核组合式大容量数据同步存储方法
CN103049417A (zh) 一种基于usb传输的多路信号同步采集系统装置及方法
CN102868865B (zh) 一种图像像元合并的电路及方法
CN202394225U (zh) 基于pci总线的高速数据采集模块
CN104243868A (zh) 高分辨率cmos图像传感器
CN208722402U (zh) 一种多通道混合数据采集模块
CN105117505A (zh) 一种8通道高速同步数据采集系统及其方法
CN107491009A (zh) 一种轴角传感器信号同步采集方法
CN214014396U (zh) 一种多路视频图像处理装置
Gong et al. Design of high-speed real-time sensor image processing based on FPGA and DDR3
CN204697188U (zh) Hdmi接口超高清图像信号源
CN203722737U (zh) 一拖多个成像传感器同步成像的一体化相机电路
CN202713470U (zh) 一种高速图像采集装置
CN203942574U (zh) 一种宽幅扫描仪系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140319