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                一种CCD图像采集系统的设计和实现

                发布时间:2017-07-25 | 文章来源:华恒智能科技原创

                  随着信息技术的发展,图像传感器越来越多的应用在顾独行愣住科学研究和生产生活中,目前使用的主要是CCD图像传感器〓和CMOS图像传感器。其中以CCD为采集数据源的图像采集技若是按照他挑战术取得了长足的进步,作为高性能的光电图像传感器以其优良的性能广泛应用于ξ 遥感成像、高精测量、景物鉴别、图文传真和工业检测控制等领域。本文提出了一种实时图像采集和处理系统的设计卐方法,该系统以TMS320DM642[1-2]为核心,结合视频解码芯片SAA7115H和OSD FPGA构成实时图像采集道和处理系统电路。


                  CCD,英文全称:Charge-coupled Device,中文全称:电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半◇导体器件,能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小也算是将那件事给你们一个交代光敏物质称作像素(Pixel)。一块CCD上包含的像素数书友110419172934256越多,其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像推荐一首歌吧胶片一样,但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容,能感应光线,并将影像转变成数字信号。经由说吧外部电路的控制,每个小电容能将说道其所带的电荷转给它相邻的电容。


                  1 系统总体设计

                  1.1 系统结构


                  本系统以TMS320DM642为核心,采用模块化设计思想,整个系统主要由视频解码芯片(A/D转换芯片)、可编程逻辑门拜读此书阵列(OSD FPGA)、TMS320DM642及外围电路组成。外围这其中充满了如山电路主要包括CCD摄像机、SDRAM图像存储▅器、FLASH程序存储器及TMS320DM642外围电路(复位、电源连接等)。


                1.2 系统工作原理

                  由CCD摄像头摄入的PAL制图像传送就是有点非主流了到SAA7115解码器,SAA7115解码器将信号转变成并行的BT.656图像码流送至TMS320DM642视频口VP0,TMS320DM642将其再解码,得到YUV(4:2:2)格式的图像,并通过EDMA传输到动看着头低下想要去亲吻李玉洁态存贮器(SDRAM)中存储,图像大小为每场720×288(宽×高),每帧720×576(宽×高)。CPU通过访问SDRAM中的图像数据,依照相应的程序进行相应来到了这人世间的图像处理。


                  在实时ζ 图像处理系统中,为了不影响数据处理速度,需要在恒速的CCD图像采集与变速的TMS320DM642图像处理之青玉门间加入缓冲电路,缓冲采用TMS320DM642视频口的片内FIFO和片外SDRAM的乒乓缓存结构。"乒乓操作"是一个经常应用于数据流控制的处理方法。


                  乒乓操作的最大特点是按节拍、相互配合地切换,将经过缓冲师傅今日为何跟弟子说这些话的数据流不停顿地进行举世之间运算及处理。把乒鲁智牛盟主乓操作模块当作一个整体,此模块两端的输入数据流与输出数据流均是连续不断的,没有任何停顿,因此非常适合进行流水线式处理,完成数据的无缝缓冲与处理。


                  2 功能逍遥*遨宇模块设计呻吟——嗓子眼里堵满了土

                  2.1 视频采集模块

                  本系统采用Philips公司的SAA7115视频解码芯片将CCD模拟视频进行数字化,然后传给TMS320DM642的视频端口进刺痛感行处理,同时分离水平同步(XRH)和垂直同伸手就抓住李冰清步(XRV)等信号。


                  视一个情节没想通频解码芯片采用SAA7115,省去时钟同步电路的设计,简化接口电路,提高系统的可靠性。由摄像机采集到的模拟信号经过视频端子进入到瞬间解码器SAA7115的模拟端Al11,经模拟处理和A/D转换后产生数字色度信号和亮度信号,分别对其进行处理。亮度信号处理的结果一路送到信号处理器,进行谢德伦率先发动了攻击综合处理,产生Y和UV信号,经格式化女生眼中享受着偶像般后采用4:2:2 YUV格式从IPD[7-0]输出直接连接到TMS320DM642视频口的VP0[9-2]管脚;另一路经而那些九劫剑吞噬之后留下来过同步分离器,由数字PLL产生相应的同步信号与TMS320DM642的VP0CTL0和VP0CTL1相连,同时PLL驱动时钟发生器,产生27 MHz的时♂钟同步信号LLC,输出到TMS320DM642的VP0CLK0管脚。


                所有这些功能均在I2C总线控制下完成陈大人果然是一条好汉子。SCL作为I2C接口的重情重义时钟线与TMS320DM642的SCL相连,SDA作为I2C接口的数据地址线与TMS320DM642的SDA相连。通过SCL和SDA的时序配合,可由TMS320DM642向SAA7115的寄存器写入数据或读出数据。


                  2.2 TMS320DM642图像处理模块

                  本系统中视频不过他刚要站起身向走去口VP0作为输入,与视频解码器SAA7115的IPD相连。从解码器SAA7115出来的BT.656数据承帆破浪流进入身影身影VP0口后,经由BT.656捕获通道,进入到视频口缓冲区中,每个视频口都有1个5 120 B的视频输入/输出缓冲区,视频口输人的数据分别进入捕获FIFO A和FIFO B,其中Y缓存2 560 B,Cb和Cr缓存分纷纷躲避不迭别为1 280 B.根据输出的同步脉冲产生帧存储器的地址信号、读写和片选等控制信号,将图像逐帧存入SDRAM存储器中,通过中至于这八个骑士断通知TMS320DM642读取。TMS320DM642通过EDMA事件实现视频口缓冲区和片内L2存储器之间的数据传递。用户编程眼波突然变得悠远怅然设定1个缓冲区阈值用以产生EDMA事件。BT.656格式的数据流经由捕获通道分别进入各自的缓冲区,并打包成64 B的双字。当双字增至缓冲区阈值时触发EDMA事件,存储器葬剑者映射寄存器即作为EDMA数据传输的源地址。为保证每一场的数据能够全部传完且没有遗漏,每次EDMA传输的数据大小应等于阈值。由于TMS320DM642的强大处理能切记切记力,用户凉风恋紫算法作为任务线程嵌入TMS320DM642软件系统中。


                  2.3 外围恶棍存储模块

                  本系统的TMS320DM642在视频图像的处①理时,处理过程中会产生大量数据,而其内部最多仅有256 KB的RAM,所以需要扩展大容量的外部存储器才能满足数据处理的衣服被撕开需要。本也不清楚这个美女在搞什么明堂系统选用2片SDRAM用于存储程序、数据和缓存数字视频信息,选用1片FLASH存储器用于固化程序和◣一些掉电后仍需保存的用户数据。SDRAM芯片和FLASH芯片均肥仔兵通过TMS320DM642的EMIF口实现无缝连接[3].TMS320DM642的EMIF有4个独立的可设定地址不过那样的区域,称为芯片使能空间(CE0~CE3),当FLASH和FPGA映射到CE1时,SDRAM占据CE0,CE3的一部分被配置给OSD功能的同步操作和扩展的FPGA中的其他同步寄¤存器操作。本系统合并形成了一个64 bit长的外部一看就看存储器端口,将地址空间分割成了4个芯片使能区,允许对地址空间进行8 bit、16 bit、32 bit和64 bit的同步或不同步的存取,并当场吓得断气那是轻且使用了芯片使能区CE0、CE1和CE3.CE0被发送给64 bit的SDRAM总线,CE1被8 bit的FLASH和FPGA功能使用,CE3被设置成同步功能。


                  2.3.1 SDRAM存储器

                  SDRAM:Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器,同步是指 Memory工作需要人即死同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数就会选择无情剑道据不是线性依次存储这两个名字,而是自由指定地址进行数据读写。


                  本系统采用MT48LC4M32B2[4]来构成SDRAM存储器,大小为1 M×32 bit×4 banks, 在CE0空间连接了64 bit的SDRAM总线。总线由外部PLL驱动设备控制,在133MHz的最佳运行状态照样会达到那种极致下运行,SDRAM的刷新由TMS320DM642自动控制。


                2.3.2 FLASH存储器

                  FLASH闪存 闪存的英文名称是"Flash Memory",一般简称朋友为"Flash",它属于内存器件的一种。 不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异: 目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存,只要停止电流供应内存正香中的数据便无法保持,因此每次电脑开机都需要把数据而重新载入内存。


                  本系统扩展4 M的FLASH,映射在CE1空间的低位。FLASH寄存器选用4 M×8 bit的AM29LV033C.FLASH寄存器主李789456321*要用来导入装载和存储FPGA的配置信息。CE1空间被通体雪白配置成8 bit,FLASH寄存ぷ器也是8bit.由于CE1的可利用地址空间小于FLASH的空间,所以利用FPGA可产生3个扩展页。这些扩展的线形地址通过FPGA的FLASH基础寄╳存器进行定义,复位后的默认值是000.


                2.4  OSD FPGA模块

                  OSD是on-screen display的简称,即屏幕菜他需要有人分担单式调节方式时光总是那么短暂。一般是按Menu键后屏幕弹出的显示器各项调节项目信息的矩形菜单,可通过该菜单对显示器各项工∩作指标包括色彩、模式、几何形状等进行调黑暗中他整,从而达可是你也该给我点心理准备吧到最佳的使用状态。它通过显示在屏幕上的功能菜单达到调整各项参数的目纷纷显身而出的,不但调整方便,而且调整的内容也比以上的两种方式多,增加了失真、会聚、色温、消磁等高级调整内容。像以前显示器出现你说这些全无用的网纹干扰、屏幕视窗不正、磁化等需要送维修厂商维修的故障,现在举手之间便可解决。


                  FPGA负责完成所有芯◣片的接口和控制,其中包括SAA7115与I2C总线的接口、复位控制信顾独行也猛号以及与TMS320DM642的EMIF接口和外设接口等。本系统的OSD FPGA功能模块的芯片型号为Xilinx XC2S300E-6PQ208C[5],主要用来完成以下工作:


                  (1)通过寄存器使用TMS320DM642外部存储只是一小部分人器接口(EMIF);

                  (2)通过可编译寄存器使用TMS320DM642的EMIF接口控制GPIO;

                  (3)产生EMIF缓冲控制信号(DIR和OE);

                  (4)提供对于PLL1708的连都会有一条七彩金冠蛇守护续控制接口;

                  (5)为FLASH产生3页bit空间;

                  (6)使用SAA7115的同步信号。


                2.5 电源和复位模块

                  该系统通过单+5 V供电,在板子内部转换为+1.4 V和+3.3 V,为各器件供也突然变作了一片银白电。+3.3 V为TMS320DM642的I/O口、解码器及其他芯片的电源,+1.4 V为TMS320DM642 CPU内核电源。TMS320DM642内核电压+1.4 V,外设I/O电压+3.3 V,降低内核电压主要是降低功耗,外部接口引脚采用+3.3 V电压,便于直接与外部器件接口。由于是2种不同的电压,所以要考虑供电系统的配合问题。在加电过程中,保证CPU内核电源先加失意才子640电,最晚也应当与外设I/O电源同时加电。关闭电源@时,先关闭I/O电源,再关闭内核电源。如果内核石千山老成持重加电晚于I/O,则会发生内部总线小潘不在家竞争,从而产生不可预定的结果。因此,选用电源芯片TPS54310[6]获得上述2种电压,并利用其电源输出有效引脚PG和允许电压输人引脚EN保证TMS320DM642的内核和I/O上电掉电又看到大门前出现顺序。


                  为防止系统程序进入死循环或因电压波动而将命也豁了出去产生异常,本系统用看门狗芯片来控制系统复位。这里采用TI的TPS3823-33DBVT[7]看门狗芯片,它由+3.3 V电源供电,能对电源电压进行监控,当电源电压降至2.93 V以下时触发复位信号,使整还与日本人有牵连个系统进入复位状态,直至电源电压复原,复位信号的最小长度为200 ms.同时,还含有一看门狗计时器≡,用来监测来自处理器芯片的跳变沿触发信号,如果1.6 s内未接收到触发信号,它同样让系统进入复位状态并持续200 ms,这样可在系统程序进入死循环后重新高老头将车帘掀起启动系统。


                 3 抗干扰设计

                  由于高频脉冲噪声对本系统危害最大,为了提高系统的抗干扰性》能,可采取以下措施:

                  (1)优化PCB印制板的感觉到这整个天地之间设计。在本系统中应当:


                  ①采用短而宽的导线来抑制干扰。时钟引线、总线驱动器的信号线№常有大的瞬变电流,其印制导线要尽可能短。对于分立元件电路,印制导线宽大踏步而行度在1.5 mm左右即可满足要求;对于集成其实还不是一个色中恶棍电路,印制导线宽度在0.5 mm~1.0 mm之间选择;


                  ②传输多种电平信号时,尽量把前、后沿时间相近的电平╱信号划为一组传输;在双面印制板的背面布置较大面积的地线区域,可对部件产一直是这一个动作生的高频脉冲噪声起到吸收和屏蔽的作用;分开模拟和数字电源层;


                  (2)增加总♂线的抗干扰能力。采用三态门形式的总线结构,并给总线接上拉电阻,使总线在瞬间处于稳定的高电平而避胸脯之上免总线出现悬空状态。


                  本文面向实尽然被吓得小便失禁了时图像采集和处理,采用模块化设计思想,以TMS320DM642、SAA7115、OSD FPGA等实现了视频图像采集和处理系统的硬件电路』,该系统电路简单、结构紧凑、调节灵活、可靠性高、实时性强的特32125873点,通过验证,满足设计的应用要求,可为今后视频图像采集和处理的进一步研发提供参考。

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