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FPGA实现超高帧率图像采集与传输系统
2024-01-27 20:28:48

LUX1310,LUXIMA特约经销商,1.3MP 1280x1024,1070fps高速,全局快门12位bit,2/3英寸CMOS,数字图像传感器,用于高速机器视觉,工业相机和生物医学相机,16路并行LVDS输出


LUX1310,LUXIMA特约经销商,1.3MP 1280x1024,1070fps高速,全局快门12位bit,2/3英寸CMOS,数字图像传感器,用于高速机器视觉,工业相机和生物医学相机,16路并行LVDS输出
随着科学技术的进步和发展,高速摄影在科学研究、工业制造和日常生活中发挥着越来越重要的作用。
目前,由于高速摄像机在中国整体发展缓慢,而提高摄像机帧率会增加图像数据的传输带宽,因此提高摄像机帧率一直是中国高速摄像机发展的瓶颈。
FPGA是现场可编程门阵列,它具有可编程、高集成度、高速并行和稳定性好的优点,特别是在高速并行数据传输方面的优势,因此FPGA非常适合作为高速摄像机的主控芯片。基于此,本文选择研究超高帧率图像采集与传输系统的FPGA实现。
本文首先根据选用的LUX1310图像传感器和FMC连接器搭建图像采集子卡,利用Cadence软件绘制图像采集子卡的原理图,最后实现图像采集子卡。然后采用模块化思想将整个方案划分为主控逻辑、动态数据对齐、非均匀性校正和光纤传输四个模块,并利用Verilog代码对各个模块进行硬件实现。然后,为了解决LUX1310图像传感器在高速图像数据输出中由于延时导致的采样不稳定问题,提出了一种动态数据对齐算法,采用动态调节延时增减的方式检测数据转换的边缘,测量数据的宽度。
在时钟边缘对图像数据进行稳定采样,保证图像数据的鲁棒接收。同时,针对超高帧率图像采集中存在的非均匀性问题,提出了一种非均匀性校正算法。该算法采用单步循环微调法获得不同光照强度下的偏置校正因子和增益校正因子,能有效改善图像不均匀性问题,提高图像质量。
最后,搭建了以KC705开发板和双端口10GbE万兆光纤网卡为主要模块的实验平台。对超高帧率图像采集与传输系统的寄存器读写、数据处理、非均匀性校正和图像采集进行了测试,最终测试表明超高帧率图像采集与传输系统工作正常。最终测试实现了2443fps的帧率,分辨率为640*512,带宽为10Gbps。该设计可广泛应用于生物医药、工业自动化、体育、能源、化工等领域,具有良好的应用前景。

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