基于的图像采集系统的设计与实现样本.doc

基于ARM9CMOS图像采集系统设计与实现系统简介采用32位ARM微解决器、CMOS图像传感器和CPLD为核心器件，设计实现面向机器视觉领域CMOS图像采集系统，重要功能模块有SDRAM存储单元、图像采集单元、以太网传播模块、UART串口通信模块、Flash模块、电源模块等；与老式“图像采集卡-PC-终端控制设备”模式机器视觉系统相比，具备体积小、成本低、功耗低、实时性强、设计灵活等长处。该系统可应用于视频图像监控、图像自动检测、医疗及军事检测等场合，具备良好应用前景。机器视觉在国民经济、科学研究以及国防建设等领域均有着广泛应用。在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉可以提高生产效率和自动化限度。图像采集系统是机器视觉系统重要构成某些，当前图像采集惯用两种图像传感器为CCD与CMOS图像传感器。CCD普通输出带制式模仿信号，需要通过视频解码器得到数字信号才干传入微解决器中，而CMOS图像传感器直接输出数字信号，可以直接与微解决器进行连接。不同CMOS图像传感器有不同性能，重要体当前图像辨别率大小不同、帧速率不同、曝光方式不同等，CMOS图像传感器可直接通过I2C来设立图像辨别率大小及曝光、增益等参数，而CCD图像传感器则需要对视频解码器进行设立来控制图像曝光、增益等参数信息。相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具备低功耗、小体积、高速数据传播和以便控制等长处，因而，CMOS图像传感器更合用于嵌入式系统应用中[1]。本文从实际应用出发，采用32位ARM9微解决器S3C2410A作为CPU来控制其她功能模块，设计实现面向机器视觉CMOS图像采集系统，重要功能模块有SDRAM存储单元、图像采集单元、以太网传播模块、UART串口通信模块、Flash模块、电源模块等。与老式“图像采集卡-PC-终端控制设备”模式机器视觉系统相比，具备体积小、成本低、功耗低、实时性强、设计灵活等长处。1系统构造典型机器视觉系统普通涉及图像采集模块、图像数字化模块、数字图像解决模块、光源系统、智能判断决策模块和机械控制执行模块[2]。其中图像采集和数字图像解决模块速度是评价嵌入式视觉系统硬件设计性能指标，文献[3～6]分别给出了当前常用四种嵌入式视觉系统构造：(1)采用USB接口摄像头构造[3]：图像采集某些硬件用USB接口CMOS摄像头，摄像头应可与集成USBCPU接口直接相连。USB接口可以实现高速串行通信，但USB摄像头要开发专门驱动，大大增长了软件开发量和难度。(2)引入异步FIFO构造[4]：在图像传感器和主控CPU间采用异步FIFO解决传感器输出数据频率和主控CPU采集频率不匹配问题，当FIFO满时CPU再迅速读取FIFO数据。异步FIFO可以是双口RAM或者在FPGA内开辟。(3)CPLD为核心图像采集构造[5]：直接由CPLD依照图像传感器输出时序信号，控制SRAM读写，当一帧数据信息采集完毕后向CPU发送采集完毕信号；CPU需要对图像进行解决时，再通过CPLD到SRAM里读取数据。(4)由外部中断实现图像采集构造[6]：图像传感器帧同步、行同步和像元同步信号分别与CPU一种外部中断连接，CPU依照中断次数来判断一帧图像与否采集完毕。通过对几种方案对比分析，综合实际应用及开发难度等因素，拟定系统构造如图1所示，系统由图像采集、图像缓冲和图像解决三某些构成。在图像缓存中，CPLD将图像传感器采集10位数据移位成32位，再通过外部祈求DMA办法，由主控CPUDMA控制器将32位数据送到RAM保存。这样可以减少常用中低速图像采集资源挥霍，又避免了CPU响应滞后缺陷。图1图像采集系统框图2硬件设计系统总体硬件构造图如图2所示。其中，图像采集器采用柯达公司CMOS单色图像传感器KAC9638；图像缓存由CPLD芯片XC95144和外扩SDRM(HY57V561620)构成；图像解决核心某些采用Samsung公司ARM9(S3C2410A)，并外扩了UART、以太网通信接口、USB口及LCD人机接口，以便系统调试和与其她设备互换数据。图2系统硬件构造框图硬件系统工作流程是：(1)系统上电后ARM9通过I2C接口直接对图像传感器进行初始化，然后等待上位机命令；(2)接受到上位机命令后，ARM9先进行DMA初始化，然后向CPLD发送采集命令。CPLD启动图像采集并申请ARM9DMA，将一帧图像数据保存到ARM9SDRAM中；(3)完毕图像采集后ARM9进入DMA完毕，进行图像解决并将成果通过串口输出。2.1存储器选取S3C2410A芯片外部可寻址存储空间是1GB，被提成8个存储块，每块128MB，各个存储块由片选信号nGCS0～nGCS7译码产生。数据总线引脚为DATA0～DATA31共32根，可配备成8bit/16