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基于USB2.0的CMOS图像采集系统的实现
一、引言
随着计算机视觉技术的不断发展，越来越多的应用需要实时的、高清晰度的图像，并需要比较灵活的控制。图像采集是计算机视觉技术的前置工作，选择高品质、高速采集系统是保证系统正常工作的必要条件。本文将以基于USB2.0的CMOS图像采集系统的实现为题目，介绍该采集系统的构成、设计和实现方法，以便对采集系统相关技术有一定的了解与认识。
二、系统架构
USB2.0CMOS图像采集系统是由摄像头模块、USB2.0数据传输模块、处理模块三个模块组成。USB2.0数据传输率可以达到480Mbps，可以满足高速数据信号传输的要求。传输模块需要使用高速、稳定的芯片，可使用Cypress公司的FX2LP芯片。处理模块主要负责将采集到的图像信号进行处理，例如白平衡、色彩平衡和图像锐化等命令的实现。本系统的基础单元为VHDL语法，需要具备FPGA设计基础知识。
三、USB2.0数据传输模块设计实现
根据系统架构，USB2.0数据传输模块是该系统的核心模块，主要工作包括双缓冲区实现、USB芯片FX2LP的程序设计、USB中断服务程序的实现等。下面将对三个关键部分进行详细介绍。
1.双缓冲区实现
双缓冲区是数据传输过程中重要的处理技术，通过双缓冲区可以减小数据丢失的可能性以及保证高速传输的稳定性。同时，双缓冲技术的实现保存了主设备的时间。
2.USB芯片FX2LP的程序设计
USB芯片FX2LP是一种传输速度较快的芯片，适用于高速数据处理。FX2LP芯片支持USB2.0FIFOs接口，具有高可靠性和强大的自动集成支持。软件设计中使用了EZUSB-USB芯片的官方提供的库函数，通过调用这些库函数完成FX2LP的编程，从而实现USB2.0数据传输。
3.USB中断服务程序的实现
USB中断服务程序是USB芯片FX2LP与微控制器之间通讯的关键。USB总线上的所有传输操作都是USB中断服务程序控制的。当FX2LP芯片收到数据时，会向微控制器发送一个中断请求，微控制器检测到此请求后，会启动USB中断服务程序处理传输。
四、处理模块设计实现
处理模块主要是由FPGA芯片实现的，根据采集到的信号进行处理，完成对图像的色彩平衡、白平衡、图像锐化等处理。在设计过程中，主要考虑FPGA的资源和性能限制，降低处理过程中的功耗消耗和称重等问题。
五、系统的应用
本系统可以应用于积极防范食品质量，依次低于于检测糖类含量、检测饮料水质、检测气体成分等方面，具有广泛的应用前景。
六、总结
基于USB2.0的CMOS图像采集系统的实现，本文主要介绍了系统的架构、USB2.0数据传输模块的设计实现、处理模块的设计实现等几个方面。这些部分都是构成该系统的核心，系统可收集各类数据（影像、图像、声音等）信息，以满足用户对信息传输及数据处理的各类需求。基于上述研究，将对该领域的进一步发展起到积极推动作用。