CN205385545U - 一种基于fpga的实时图像信息处理器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的实时图像信息处理器，实时图像信号处理器通过I2C总线与CCD摄像头连接构成图像采集模块，实时图像数据计算模块包括FPGA芯片、DSP芯片，实时图像信号处理器与通过FPGA芯片的I2C接口与FPGA芯片连接，FPGA芯片中的状态管理及寄存器与状态指示灯、DSP芯片连接，FPGA芯片中的数据存储模块与SARM连接，FPGA芯片中的电源管理逻辑模块与电源管理芯片连接，DSP芯片与通信模块连接，本实用新型通过DSP芯片和FPGA芯片结合，结构灵活，系统运算速度高、升级方便，稳定性好，满足了该设备系统实时性要求，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高运算处理的效率，同时开发周期短，易于维护和扩展，适于实时图像处理，对不同算法有较强的适应能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及图像处理技术领域，具体的说是一种基于FPGA的实时图像信息处理器。
背景技术
数字图像处理技术几乎在各个行业里得到了广泛的应用，随着因特网的广泛应用和全球数字化的不断逼近，信息传输的不断膨胀对图像处理的速度和压缩技术提出了越来越高的要求，人们在日常生活中对图像信号的不断需求，使得实时图像信号处理成为当代科学研究和应用开发中的一个最为活跃的领域，随着计算机、数字信号处理器和大规模/超大规模集成电路以及大规模可编程逻辑器件等技术的飞速发展，实时图像信号处理无论在算法、系统结构上，还是在应用上以及普及程度上都取得了长足的进展。
实时图像信号处理应用的领域极其广泛，从民用领域，如机器人视觉、资源探测、天气预报和各种医学图像分析等，到军用领域，如导弹的精确制导，战场的动态分析等，都利用了实时图像信号处理技术，而数据的可编程逻辑器件的出现，使得硬件设计人员可根据应用系统需要，通过软件设计编程来实现大规模数字逻辑控制电路，随着DSP、FPG户以CPLD的发展与应用，将算法和吞吐频率高的、实时性强的处理放在FPGA中完成，在图像处理系统中，底层的图像预处理的数据量很大，要求处理速度快，运算结构相对比较简单，而高层运算算法结构复杂，虽然FPGA灵活性及速度高且容量大、DSP芯片通信能力强且寻址方式灵活，但两种情况下单独的DSP芯片和FPGA芯片运行时都不能够满足需求。
因此，为克服上述技术的不足而设计出一款结构灵活、有较强的通用性、适于模块化设计、提高运算和处理效率、对不同算法有较强的适应能力、易于维护和扩展的一种基于FPGA的实时图像信息处理器，正是发明人所要解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其通过DSP芯片和FPGA芯片的结合，结构灵活，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高运算、处理的效率，同时开发周期短，易于维护和扩展，适于实时图像处理，对不同算法有较强的适应能力。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其包括图像采集模块、实时图像信号转换模块、实时图像数据计算模块、通信模块，所述图像采集模块包括CCD摄像头，所述实时图像信号转换模块包括实时图像信号处理器，所述实时图像信号处理器通过I2C总线与CCD摄像头连接构成图像采集模块，所述实时图像数据计算模块包括FPGA芯片、DSP芯片，所述实时图像信号处理器与通过FPGA芯片的I2C接口与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片中的状态管理及寄存器与状态指示灯、DSP芯片连接，所述FPGA芯片中的数据存储模块与SARM静态存储器连接，所述FPGA芯片中的电源管理逻辑模块与电源管理芯片连接，所述DSP芯片与通信模块连接。
进一步，所述实时图像信号处理器为SAA7113H芯片。
进一步，所述SARM静态存储器采用两块作为图像缓存。
进一步，所述通信模块包括以太网接口模块或串口通信模块。
进一步，所述DSP芯片分别连接SDRAM同步动态存储器、FLASHROM程序存储器。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过DSP芯片和FPGA芯片的结合，结构灵活，系统升级方便，系统运算速度高，稳定性好，满足了该设备系统实时性要求，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高运算、处理的效率，同时开发周期短，易于维护和扩展，适于实时图像处理，对不同算法有较强的适应能力。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图。
图2是本实用新型FPGA芯片的内部功能连接示意图。
图3是本实用新型SRAM静态存储器的电路图。
附图标记说明：1-CCD摄像头；2-SAA7113H芯片；3-FPGA芯片；4-DSP芯片；5-通信模块；6-SRAM2静态存储器；7-FLASHROM程序存储器；8-SRAM1静态存储器；9-SDRAM同步动态存储器；10-数据存储模块；11-状态管理及寄存器；12-电源管理逻辑模块；13-I2C接口；14-状态指示灯；15-电源管理芯片；16-SRAM静态存储器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1是本实用新型整体结构示意图，参见图2是本实用新型FPGA芯片的内部功能连接示意图，该结构一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其包括图像采集模块、实时图像信号转换模块、实时图像数据计算模块、通信模块，图像采集模块包括CCD摄像头1，实时图像信号转换模块包括实时图像信号处理器，实时图像信号处理器通过I2C总线与CCD摄像头1连接构成图像采集模块，实时图像数据计算模块包括FPGA芯片3、DSP芯片4，实时图像信号处理器与通过FPGA芯片3的I2C接口与FPGA芯片3连接，FPGA芯片3中的状态管理及寄存器11与状态指示灯14、DSP芯片4连接，FPGA芯片3中的数据存储模块10与SARM静态存储器16连接，FPGA芯片3中的电源管理逻辑模块12与电源管理芯片15连接，DSP芯片4与通信模块5连接，实时图像信号处理器为SAA7113H芯片2，SARM静态存储器16采用两块SRAM2静态存储器6、SRAM1静态存储器8作为图像缓存，通信模块5包括以太网接口模块或串口通信模块，DSP芯片4分别连接SDRAM同步动态存储器9、FLASHROM程序存储器7。
实时图像信号转换模块由实时图像信号处理器及其辅助电路组成，SAA7113H芯片2中的场同步、行同步信号、象素时钟信号LLC2以及其他状态信号都可直接由管脚引出，省去了时钟同步电路的设计，而且可靠性更高，系统内部采用锁相环技术，不但有高的可靠性，并简化了设计复杂度，在SAA7113H芯片2中有控制字可以直接控制行同步有效时间，省略了行延迟电路，为电视信号的数字化应用提供极大的方便。
SAA7113H芯片2内部包括模拟电路和数字电路两部分，模拟电路部分具有对电视信号放大，抗混叠滤波等功能，数字电路部分具有对模拟转换以后图像数据各种参数的处理等功能，SAA7113H芯片2的时钟信号由一片24.576MHZ的晶体提供，产生内部所需27MHZ的LLC信号及其频率为13.SMHz的二分频信号LLC2，其中LLC2信号用来同步整个图像采集系统，即一个LLC2周期采集一个象素的图像数据。
参见图3是本实用新型SRAM静态存储器的电路图，将采集到的图像数据保存到缓存中，为后端对图像的进一保存到行处理，采用两块SARM静态存储器作为图像缓存，FPGA芯片3把从SAA7113H芯片2接受的一帧图像的数据同时后端部分的处理器DSP芯片4可以从另一块中读取数据进，第一次采样时，FPGA芯片3将从SAA7113H芯片2接收到的一帧图像数据保存到SRAM静态存储器16中，此时DSP芯片4在等待，第一次采样结束后，DSP芯片4与FPGA芯片3进行总线切换，分别连接到与上次不同的SRAM静态存储器16上，DSP芯片4开始读取数据，FPGA芯片3开始采集数据，每当DPS芯片4和FPGA芯片3都完成各自的任务时，就进行总线切换，交换连接的SRAM静态存储器16。
本实用新型应用FPGA芯片3流水阵列结构，用现场可编程门阵列FPGA对采集的视频数字图像做预处理，实现了视频图像的采集和目标提取的视频数字图像处理系统的设计，使系统具有灵活性，系统升级方便，同时应用常用的图像处理算法，在系统运算速度高，稳定性好，满足了该设备系统实时性要求，通过DSP芯片4和FPGA芯片3的结合，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高运算、处理的效率，同时开发周期短，易于维护和扩展，适于实时图像处理，对不同算法有较强的适应能力。
Claims (5)
1.一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其特征在于：其包括图像采集模块、实时图像信号转换模块、实时图像数据计算模块、通信模块，所述图像采集模块包括CCD摄像头，所述实时图像信号转换模块包括实时图像信号处理器，所述实时图像信号处理器通过I2C总线与CCD摄像头连接构成图像采集模块，所述实时图像数据计算模块包括FPGA芯片、DSP芯片，所述实时图像信号处理器与通过FPGA芯片的I2C接口与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片中的状态管理及寄存器与状态指示灯、DSP芯片连接，所述FPGA芯片中的数据存储模块与SARM静态存储器连接，所述FPGA芯片中的电源管理逻辑模块与电源管理芯片连接，所述DSP芯片与通信模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其特征在于：所述实时图像信号处理器为SAA7113H芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其特征在于：所述SARM静态存储器采用两块作为图像缓存。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其特征在于：所述通信模块包括以太网接口模块或串口通信模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的实时图像信息处理器，其特征在于：所述DSP芯片分别连接SDRAM同步动态存储器、FLASHROM程序存储器。
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|---|---|---|---|---|
| CN107197239A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-22 | 杭州柴滕自动化科技有限公司 | 一种基于以太网光纤多摄图像采集测试装置 |
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| CN113590510A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于SiP的导航制导与控制芯片 |
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