基于FPGA的机载光电观瞄成像装置系统设计

针对国内高分辨率、高帧频航空成像系统的国产化开发需求,提出一种基于现场可编程门阵列FPGA、图像传感器CMOS和Camera-Link接口等国产化元器件的实时图像采集系统,应用于机载光电观瞄成像装置。FPGA包括I2C配置寄存器、CMOS时序驱动、图像数据采集、Camera-Link接口数据传输以及UART串口通信模块。利用FPGA内部资源OSERDES实现Camera-Link并串转换,可以节省FPGA的大量IO管脚和布线资源,实现机载光电观瞄成像装置的低成本和集成化。对该观瞄成像装置进行测试,连续输出30帧和60帧,输出图像大小为1024*768,输出数据位宽为12 bit,基本满足航空成像系统的需求。

基于Camera Link的视频图像信号源设计

针对给某智能图像信息处理终端提供可靠的图像信号源,设计了一种基于Camera Link接口的视频图像信号源。该文对图像信号源进行了总体方案设计、硬件电路设计以及帧同步算法设计并进行了验证。该图像信号源通过PCIe总线连接到上位机,并利用DDR3高速缓存图像。通过Camera Link接口与智能图像信息处理终端之间进行通信。结果表明,该设备可用于生产过程中智能图像信息处理终端的相关试验,完成了测试图像的输出,输出图像有效像素为2 560×720,采集到的画面40帧/秒,带宽可达1.9 Gbps,具有一定的工程应用价值。

640×512帧转移EMCCD相机时序设计

为了实现640×512分辨率的EMCCD(Electron-Multiplying CCD)在1×10^(-3)lx照度条件下25fps连续动态成像,设计了对应的相机。搭建了相机硬件平台,分析了EMCCD工作时序、AFE工作时序、BT.656编码和Camera Link编码时序。利用硬件描述语言在FPGA中产生了相应的驱动时序。实现了EMCCD曝光和读出控制,AFE相关双采样和光学暗电平钳位,模拟视频信号逐行变隔行和插值拉伸以及Camera Link协议的并串转换。通过实际测量和分析,相机在模拟夜天光1×10^(-3)lx照度,EMCCD增益1000倍,镜头焦距25 mm,F1.4的条件下,能同时输出模拟视频和数字视频,成像帧率25 fps,信噪比21.8 d B。

基于三维技术的火电厂可视化管控建设

电力技术不断进步,对火电厂的生产、运营、管控能力提出了更高的要求,促使火电厂建设从自动化、数字化、信息化逐步向智能化转变。目前,我国火电厂尚处于信息化发展阶段,管理方式较为粗犷,缺乏可视化的精细管控能力,在电厂的运行管理中,无法直观、完整地浏览、查阅各类信息。基于某电厂百万千瓦超超临界间接空冷燃煤发电机组技术支撑,采用先进的三维建模技术,建立高精度的火电厂全厂三维模型,构建全景穿透式的虚拟电厂,通过与电厂设备数据关联和业务系统集成,实现对人员、设备的可视化管控。

大面阵CCD相机图像信号模拟器的设计

面阵CCD相机需要增加光学镜头并在时序控制电路驱动下才能输出图像,给图像采集、存储等图像处理实验带来不便。在分析面阵CCD(M22)的特性和时序的基础上,设计了一种基于现场可编程门阵列FPGA的大面阵CCD模拟器,把一幅标准图像预先存储放在FLASH中,上电初始化后,再把该图像从FLASH拷贝到SDRAM中,根据相应的指令,在时钟的下降沿把SDRAM中图像信息按照Camera link协议输出,并对像素时钟进行计数,产生行同步信号。实验结果表明,面阵CCD模拟器符合M22相机的输出时序要求。模拟器的设计与实现为图像采集和存储等实验提供了支持和保证,缩短了工程上的调试时间。

线阵CCD相机电路设计

本文以TCD1501C为图像传感器,描述了线阵CCD相机电路的设计过程。介绍了CCD驱动、A/D转换、对外接口部分,并给出了解决方案和实现方法。

基于Camera Link的高速图像采集处理器

设计了基于Camera Link标准的高速图像采集处理器,可以对高速的数字相机进行图像采集及实时图像处理。系统采用FPGA和DSP作为主要的内核处理单元,FGPA完成图像的采集和预处理,DSP完成复杂的图像处理任务。详细给出了处理器的结构设计和一些关键技术,如Camera Link接口技术、高速缓存以及显示技术、图像处理和输出接口设计等。经过调试,系统最终可以实时完成1000帧/s的图像采集和处理任务。

基于FPGA的Camera Link转HD-SDI接口转换系统

由于Camera Link相机具有接口复杂、传输距离近等局限性,设计并实现了一种基于FPGA的Camera Link转HD-SDI接口转换系统。该系统采用Altera公司的EP2S60F1020高性能FPGA完成图像数据的采集并按SMPTE274M标准编码;为解决Camera Link相机输出数据同HD-SDI输出图像行、场时间不同的问题,采用3片SDRAM作为帧缓存模块,延迟1帧输出;编码完成的数据输出到并串转换芯片LMH0030,从而得到HD-SDI格式的视频输出。由于Camera Link相机输出数据同HD-SDI输出图像的帧频并不绝对相同,每隔708帧必须丢去一帧数据,从而导致输出时固定丢帧,但FPGA对图像的处理并不会丢帧。实验结果表明,本系统能够将Camera Link相机输出的图像数据转换成HD-SDI输出,并用采集卡采集到图像数据。

移动便携图像存储系统的设计

为满足Camera Link相机图像存储系统小型化、可移动、易携带的要求,设计了基于Xilinx公司V4系列现场可编程门阵列(FPGA)和TI公司6000系列数字信号处理器(DSP)相结合的硬件电路方案。首先,在FPGA的控制下图像数据缓存到一片SDRAM中,同时读出另外一片SDRAM中缓存的图像,经乒乓操作存储到两块固态硬盘中。其次,DSP与上位机用百兆网连接,在上位机的控制下,DSP从外部存储器接口(EMIF)中获取图像数据后,发送给上位机完成实时显示或者存储图像回放的功能。实验表明:在相机分辨率为640×480、帧频为100f/s且像素为10位时,该系统可以不丢帧地完成图像存储任务。在不需要实时显示的应用场合,系统可以单独完成脱机存储任务,满足Base型Camera Link相机的便携存储要求。

基于FPGA和MV-D1024E相机的图像采集系统

分析了MV-D1024E系列高帧频CMOS相机的工作时序和参数,阐述了CAMERA-LINK接口协议,并对高速数据流的存储与处理机制进行分析,利用FPGA实现了相机的数据接口和控制,并设计灵活的USB接口,利用PC机作为参数输入和显示界面,完成一个从图像采集到存储、显示的高帧频图像采集系统的设计。该系统可靠性好、集成度高、功耗低,且满足不依赖于PC机的图像采集系统的应用要求。

基于FPGA的数字摄像机输出视频DVI显示

从硬件电路设计和EDA设计两个方面,介绍了一种基于FPGA的Camera Link接口数字摄像机输出视频DVI显示的实现方法。从系统的硬件电路入手,介绍了硬件电路的系统设计原理和各组成部分;重点介绍了FPGA内部各模块的划分、实现,包括Camera Link接口模块、前端FIFO控制模块、SDRAM控制模块、乒乓操作控制模块、后端FIFO控制模块、DVI视频显示控制模块。实验证明,该系统能很好的实现Camera Link接口数字摄像机输出视频DVI显示,并且成本低、应用范围广。

高速实时光纤图像传输系统的实现

为提高光电经纬仪上图像传输系统的性能,设计了利用现场可编程门阵列(FPGA)的Rocket IO IP核,完成了Camera link并行接口与光模块串行接口的相互转换。通过自定义的图像传输协议,搭建了图像传输系统与各个分系统的互联平台,实现了高速图像实时传输至机下进行处理、显示和记录,同时在该光纤通道上复合传输相机控制命令和外同步时序。阐述了系统总体结构思想,发送端和接收端的软、硬件设计,介绍了Rocket IO关键属性、数据包收发状态机、图像传输协议等。实验结果表明,系统工作速率达2.5Gb/s,传输链路稳定、可靠、无误码,突破了传统光纤传输协议的开源局限,用户可直接使用光纤串行数据信息,减少导电环配线量,具有传输带宽高,图像质量好,抗电磁干扰性能强等优点。系统经过测试验证并已应于到工程项目中。

高帧频多通道图像采集与显示

设计了基于Camera Link标准的高帧频多通道图像采集显示系统,可以对高帧频多通道相机进行图像采集及实时显示。依据系统功能需求设计了系统架构,给出了系统各个功能模块的设计方法。完成了系统软件和硬件设计,详细介绍了针对多通道相机图像的存储和读取方法,及VGA显示模块的程序设计方法,并进行了高帧频图像采集显示实验。实验表明,对于帧频为2 000帧/s、分辨率为80×80的图像源,该系统可以对其进行实时的采集、处理和显示,并获得了较好的效果。

Camera Link硬件接口电路设计

介绍了Camera Link接口的工作原理及Camera Link协议的主要内容,阐述了Camera Link硬件接口电路的设计方案.接口电路为图像采集卡的前端部分,主要功能为低压差分信号(LVDS)至CMOS/TTL(LVCMOS/LVTTL)信号的转换,相机控制和图像采集卡与相机间的串行通信.系统以FPGA为主控制器,通过实验实现了上述功能,完成了Camera Link接口相机图像的采集和显示.

基于PXIE总线的高速CCD数字图像采集系统设计

为实现高速电容耦合器件(CCD)数字图像采集传输,提出一种基于PXIE总线和Camera Link协议的高速图像采集系统设计方案。设计了Camera Link硬件接口电路,实现了视频数据信号的接口设计、控制信号的接口设计、串行通信信号接口设计;同时采用Xilinx公司的Virtex-5 LX50T型FPGA作为PXIE传输控制器,并对IP核进行了开发,减少了外围电路设计难度。创新性地运用直接内存访问的工作方式对PXIE传输速度进行优化。实验结果表明,PXIE配置为8通道时,读取数据速率达到1 504 MB/s,写入速率达到了1 490 MB/s,可以满足高速CCD数据的传输要求。

基于FPGA的高性能CMOS图像采集系统设计

针对高性能CMOS图像传感器数据传输速度快、数据量大的特点,为了满足高性能图像采集系统的设计要求,基于高性能CMOS图像传感器CIS2521芯片,通过研究图像传感器芯片的工作方式及驱动控制特点,设计了一套以FPGA芯片作为控制核心处理器件,搭载CameraLink作为传输接口,以此来实现对高速图像数据的采集、缓存和传输等功能,为此本文给出了详细的硬件设计和实验结果验证。实验结果表明:该系统具有高性能、速度快、体积小、重量轻、速度快、集成度高等优点。

基于Cyclone IV的Camera Link-HDMI高清视频转换器设计

针对实际项目需求,在充分了解Camera Link接口协议和HDMI接口协议的基础上,给出了基于FPGA的Camera Link-HDMI高清视频转换器设计方案。选用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA器件,完成了转换器的电路设计和性能测试。结果表明,图像转换实时性好,色彩和图形无失真,满足设计要求。该方案是一种解决Camera Link-HDMI转换的有效方法,为相似的技术设计问题提供了有益的参考。

高分辨率全帧CCD相机电路系统的设计

基于Dalsa公司的面阵CCD评价板EKxxxx设计了一套高分辨率全帧CCD相机电路系统.系统采用专用集成芯片SAA8103和TDA9991构成时序发生器和驱动器,采用TDA9965进行前端信号处理.采用单片机对系统进行控制并应用Camera Link接口简化了体系结构.针对CCD多路输出时各通道存在不均匀性,提出采用两点校正法进行校正.该系统能以较高的帧频获取超高分辨率的图像,适用于航空拍摄、数字后背等场合.

基于FPGA的红外图像仿真注入系统

设计了一种新的图像注入系统来实现PC机仿真图像到红外处理系统的直接传输。首先,该系统利用USB2.0接收PC机对外场实测数据仿真得到的BMP格式文件,用FPGA控制由两个SDRAM组成的缓冲模块进行图像缓存,然后通过Camera Link接口传送出去。系统数据缓存采用乒乓操作,避免了数据处理时无法持续接收而丢失有效数据的现象。测试时用图像采集卡进行图像采集并显示。结果表明,该系统具有速度快、实时性好、稳定性高等特点,可替代光电跟瞄设备进行仿真训练及设备的动态检验。

基于FPGA实现由多路复合信号传输到Camera Link传输的研究

针对传统的复合视频信号直接传输图象信息具有抗干扰能力差,噪声大等缺点,提出了一个视频信号传输方式变换的新方案,利用Camera Link通信协议在数字信息领域具有传递距离远、抗干扰能力强的优点,实现了由4路实时的复合视频信号转换为1路高速的Camera Link格式的信号。这种方法改变了传统的复合视频信号直接传输图象信息的思维,从而为数字信息领域远距离多路实时视频信号的快速传送和处理提供了平台。