現(xiàn)如今，計算機軟件也是層出不窮，因為人們對各種需求也越來越多，軟件不僅可以幫助人們更好的工作，給人們的生活也帶來了很大的便利。圖像采集軟件有很多種，但是隨著人們要求的提高，軟件也在不斷改善中。下面小編給大家推薦了一篇軟件開發(fā)論文范文，文章主要論述的是圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計研究。

　　摘要：目前，人們對跟蹤運動物體的實時性以及清晰度要求越來越高，但是對于這種專門用于細(xì)節(jié)圖像觀測的、高分辨率圖像獲取技術(shù)國內(nèi)尚沒有深入研究。為解決此問題，在系統(tǒng)硬件平臺的基礎(chǔ)上，提出了一種基于FPGA的圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計方案。完成了系統(tǒng)軟件的整體方案，主要包括基于FPGA的數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)讀寫軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)輸出軟件設(shè)計、異步串行通信軟件設(shè)計四個部分，并對各個部分進(jìn)行了綜合后仿真。可實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的采集。

　　關(guān)鍵詞：軟件開發(fā)論文范文,跟蹤,FPGA,圖像采集,軟件設(shè)計

　　Abstract： At present， the more people high on the tracking of the moving object in real time and resolution requires more and， but for this specialized for high resolution detail image observation， image acquisition technology at home have not studied further. In order to solve this problem， on the basis of systematic hardware platform， the paper proposed a design scheme of image acquisition system based on FPGA software. To complete the overall scheme of the system software， mainly including the design， data input software of FPGA data read and write the software design， software design， data output of asynchronous serial communication software design based on the four part， and each part has carried on the synthesis simulation. It can realize the image data collection.

　　Key words： Track;FPGA;Image acquisition;Software design

　　1引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對跟蹤運動物體的實時性以及清晰度的要求越來越高。比方說人們需要知道運動員在運動過程中的圖像信息，便于分析運動員的動作細(xì)節(jié)，就要得到運動員在運動過程中清晰圖像。這些都要求有獲取飛行物體的圖像信息的工具，于是各種各樣的圖像采集系統(tǒng)誕生了[1]。

　　提出了一種基于FPGA的圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計方案，可以清晰的拍攝物體在運動中的圖像信息，而且該系統(tǒng)可以應(yīng)用在特殊的場合，區(qū)別于其它同類圖像采集系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)是針對某些具體的應(yīng)用場合，所以大大節(jié)約了成本，不必花高成本從國外購買可以實現(xiàn)相同功能的同類產(chǎn)品，同時也提高了該產(chǎn)品保密性。

　　國外在圖像應(yīng)用方面的研究工作開展較早，尤其在圖像傳感技術(shù)和相機的研究和圖像獲取方面，已應(yīng)用在社會生活的各個領(lǐng)域，比方說用NBA賽場，拍攝運動員的動作畫面，還有資料表明， 美國在動能彈的研究中也使用攝像拍攝了彈體發(fā)射瞬間的圖像。

　　國內(nèi)在這方面起步較晚， 但是對于這種專門用于細(xì)節(jié)圖像觀測的、高分辨率圖像獲取技術(shù)國內(nèi)尚沒有深入研究。目前圖像方法還主要應(yīng)用在靜態(tài)試驗測量中[2]。

　　2 圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　2.1圖像采集系統(tǒng)軟件方案設(shè)計

　　2.1.1 系統(tǒng)硬件平臺

　　在視頻圖像處理領(lǐng)域，作為一個平臺，可編程邏輯器件FPGA已經(jīng)非常適合于高性能低成本的視頻和圖像應(yīng)用。它可以幫助用戶靈活定制系統(tǒng)，縮短產(chǎn)品研發(fā)和更新?lián)Q代的周期，使用戶緊跟技術(shù)和市場發(fā)展潮流[3]。

　　本系統(tǒng)的核心是FPGA，用的是Altera公司的高端產(chǎn)品，內(nèi)部主要特性有內(nèi)嵌RAM塊、DSP塊、鎖相環(huán)(PLL)和外部的存儲器接口等，，采用了全新的邏輯結(jié)構(gòu)-自適應(yīng)邏輯塊(ALM)，增加了源同步通道的動態(tài)相位對準(zhǔn)(DPA)電路和對新的外部存儲器接口的支持。還可以采用128位AES密鑰對配置文件進(jìn)行加密，保證用戶設(shè)計的安全性[4]。

　　CMOS傳感器是用來獲取外界圖像數(shù)據(jù)，把模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，由FPGA來控制其工作。根據(jù)系統(tǒng)運行的實際效果，可以在軟件上設(shè)置CMOS傳感器的一些參數(shù)，比方說曝光時間等。

　　DDR2 SDRAM用來存儲采集進(jìn)來圖像數(shù)據(jù)，相對于DDR2，DDR2具有更高的頻寬、更低的功耗、更好的效能，因此，DDR2 SDRAM目前正在取代DDR SDRAM，逐漸成為服務(wù)器、工作站、PC及其它專用系統(tǒng)的主流存儲器配置[5]。

　　鐵電存儲器FRAM用來存儲系統(tǒng)參數(shù)，主要用來存儲CMOS傳感器的參數(shù)。FRAM是一種非易失性的存儲器，無限次快速擦寫特性使得這種產(chǎn)品十分適合于擔(dān)當(dāng)重要系統(tǒng)里的暫存記憶體。鐵電存貯器的出現(xiàn)為業(yè)界提供了一個高可靠性，而且低成本的方案[6]。

　　顯示圖像數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)采用LVDS接口進(jìn)行輸出顯示，即低壓差分信號輸出，LVDS技術(shù)是一種低擺幅的通用輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)，滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，是一種滿足當(dāng)今高性能數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的新型技術(shù)[7]。

　　可以通過上位機對系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試，配置系統(tǒng)參數(shù)等。 　　2.1.2 軟件方案設(shè)計

　　軟件設(shè)計流程圖如下圖所示。

　　本系統(tǒng)的核心是FPGA，所有的工作都是圍繞FPGA展開的，輸入輸出都是對于FPGA來說的。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)讀寫軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)輸出軟件設(shè)計、異步串行通信軟件設(shè)計四個部分。

　　(1) 數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計

　　數(shù)據(jù)輸入的過程也就是FPGA讀取數(shù)據(jù)的過程，F(xiàn)PGA從CMOS傳感器讀取數(shù)據(jù)，還完成FPGA對CMOS傳感器的時序控制、參數(shù)控制。

　　CMOS傳感器本省已經(jīng)把模擬的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，F(xiàn)PGA從CMOS傳感器讀取的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。CMOS傳感器的工作時序由FPGA產(chǎn)生，也就是說由FPGA控制CMOS傳感器的工作時序。另外，CMOS傳感器的工作參數(shù)也是由FPGA產(chǎn)生的，比如說曝光時間等，借助于PC機通過RS-232通訊協(xié)議根據(jù)實際的運行效果進(jìn)行在線調(diào)試。

　　(2) 數(shù)據(jù)讀寫軟件設(shè)計

　　數(shù)據(jù)從CMOS傳感器讀進(jìn)來之后，需要把這些數(shù)據(jù)存儲起來，系統(tǒng)采用DDR2 SDRAM，F(xiàn)PGA把讀進(jìn)來的數(shù)據(jù)存儲到DDR2 SDRAM，然后再讀出來輸出，也就是說，DDR2 SDRAM起到緩存的作用。另外，系統(tǒng)還要完成讀寫鐵電存儲器FRAM，系統(tǒng)主要利用FRAM對CMOS傳感器的參數(shù)進(jìn)行配置，即FPGA事先把參數(shù)存儲到FRAM中，然后根據(jù)系統(tǒng)需要，再把這項參數(shù)數(shù)據(jù)讀出來，配置CMOS傳感器。

　　(3) 數(shù)據(jù)輸出軟件設(shè)計

　　數(shù)據(jù)的輸出部分，也就是顯示圖像部分，顯示器的工作時序由FPGA產(chǎn)生，也就是產(chǎn)生像素頻率、行頻率、場頻率，根據(jù)這些時序輸出數(shù)據(jù)。而且顯示的圖像是灰度圖像。

　　(4) 異步串行通信軟件設(shè)計

　　異步串行通信軟件設(shè)計部分，實際上是FPGA和PC機之間通過RS-232串口通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也就是說通過PC機可以往FPGA里傳輸數(shù)據(jù)，還可以接受FPGA傳輸過來的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)通過PC機在線調(diào)試本系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用RS-232串口通信協(xié)議的主要目的是配置CMOS傳感器。

　　3 應(yīng)用與實驗

　　3.1數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計思想的驗證

　　上圖是通過Quartus II內(nèi)嵌的SignalTap II對CMOS傳感器的工作情況進(jìn)行的在線邏輯分析驗證的結(jié)果，通過計算機可以看到FPGA和CMOS傳感器之間的關(guān)聯(lián)信號時序是否正確。其中，D_D就是FPGA從CMOS傳感器讀進(jìn)來的一百位數(shù)據(jù)，表示十個像素，CMOS傳感器把采集進(jìn)來的模擬圖像數(shù)據(jù)變成了數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。驗證了數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計思想的正確性。

　　3.2異步串行通信軟件設(shè)計思想驗證

　　把寫好的異步串行通信軟件的代碼下載到FPGA后，在上位機上打開串口調(diào)試助手，向FPGA發(fā)送“11H 01H 30H”三個八位數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA也返回同樣的三位數(shù)據(jù)，驗證了異步串行通信軟件設(shè)計思想的正確性。能對系統(tǒng)的曝光時間進(jìn)行在線設(shè)置。

　　4 結(jié)論

　　研究的系統(tǒng)為圖像采集系統(tǒng)，負(fù)責(zé)研究該系統(tǒng)的軟件編程部分，在硬件電路搭建好的基礎(chǔ)上研究圖像采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分，在硬件上系統(tǒng)主要由FPGA、CMOS傳感器、DDR2 SDRAM、鐵電存儲器FRAM、顯示器幾個部分構(gòu)成，系統(tǒng)的核心是FPGA，在功能上實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示以及能夠通過上位機進(jìn)行在線配置系統(tǒng)參數(shù)。所提出的軟件設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 張三喜.高速攝像及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

　　[2] 朱志剛.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

　　[3] 劉凌胡，永生譯.數(shù)字信號處理的FPGA實現(xiàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

　　[4] 徐志軍，徐光輝，等.CPLD/FPGA的開發(fā)與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

　　[5] DDR2 Simulation Support[DB/OL].

　　[6] 周志剛，等.鐵電存儲器研究進(jìn)展[J].信息記錄材料，2002， 2(1)：35-62.

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