基于FPGA的高速CCD工业相机系统设计.docx

基于FPGA的高速CCD工业相机系统设计
摘要：
随着工业自动化的飞速发展，高速CCD工业相机系统已经成为工业领域的一个重要组成部分。基于FPGA的高速CCD工业相机系统对于其应用处理速度的要求较高。本文针对这一需求，介绍了基于FPGA的高速CCD工业相机系统的设计方案，包括硬件设计、软件设计以及调试过程。同时，在设计过程中也考虑到了系统的稳定性、可靠性、易拓展性等方面，为更好地满足工业应用需求提供了一些借鉴意义。
关键词：CCD；FPGA；工业相机系统；高速处理
引言：
工业相机系统是一种传感器、威力传递和图像处理器三大部分拼接而成的多维度复合系统。相机系统可将可视区域内的图像转换为电信号进行传送，再通过图像处理器处理后得出所需数据或图像。而对于工业应用而言，传输速度和处理速度显得尤为重要。为此，基于FPGA的高速CCD工业相机系统应运而生。在该系统下，CCD的图像采集、传输以及图像数据处理，均交由FPGA完成。
硬件设计：
1.CCD的硬件设计：在CCD的选择上，应根据相应的应用需求进行选择。通常，基于FPGA的工业相机系统中，可以采用机芯较为成熟的CCD。同时，对CCD的读写速度也有较高的要求。因此，在CCD的硬件设计上，应选择称为frametransferCCD的设计模式，以充分利用CCD的读写速度。
2.FPGA的硬件设计：因为FPGA可以完成大量的逻辑运算，因此在FPGA硬件设计中，需要为FPGA的逻辑结构进行设计。常用的FPGA为Xilinx系列或Altera系列，其硬件设计需要根据所选FPGA型号进行选择。通常，特殊的DSP/算法卡可以将FPGA的效果发挥到最大。同时，还应该考虑到FPGA实现高速数据处理的并发性，以及对数据的相应处理需求。
软件设计：
1.图像采集：基于FPGA上的High-speedSerialInterface(SerDes)和CCD的众多输出端口之间建立连接，将CCD采集到的模拟信号转换成数字信号后，进行传输到FPGA上。
2.图像处理：在图像处理中，首先需要对CCD采集的图像进行解码处理，即将CCD采集的原始代码转化为可用于图像处理处理的位图。另外，在实现图像处理过程中，FPGA提供的硬件加速功能可以大大提高图像处理效率。因此，尽量使用FPGA提供的硬件加速高速图像处理单元的方法，而不是使用CPU进行软件算法处理。
调试过程：
对于基于FPGA的高速CCD工业相机系统进行调试时，需留意以下几个方面：
1.测试CCD光敏元件及与FPGA接口的电压参数：将CCD连接至外接电压源和示波器，以对光敏元件的输出信号进行检测。同时，测试FPGA接口模块使其可以正确的获取CCD的输出信号。
2.测试FPGA逻辑实现和FPGA算法实现的正确性：在确定FPGA与CCD的接口正常工作后，需要检测FPGA逻辑实现功能的正确性以及硬件算法是否正确运行，包括数据的并发处理、帧速率及各参数是否正确等。
结论：
本文介绍了基于FPGA的高速CCD工业相机系统的设计方案，包括硬件设计、软件设计以及调试过程。该系统满足高速处理需求，应用范围广，而且其稳定性、可靠性及易拓展性都得到了充分的考虑。