[发明专利]一种基于FPGA的微小型CCD图像采集与处理系统

说明书

技术领域

 本发明属于图像处理与采集技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的微小型CCD图像采集与处理系统，该采集系统既可以作为可见光-红外融合成像系统的一部分，与融合系统中使用的ADSP BF548共同构建FPGA+DSP结构的嵌入式图像采集与处理系统，也可以作为一个通用的图像采集与处理系统单独使用。 

背景技术

目前，图像采集与处理技术已经在社会生活的各个方面得到了广泛的应用，传统的基于计算机的图像采集与处理技术已经不能满足日益发展的各种需求，微小型嵌入式图像采集与处理系统凭借其体积小、重量轻、集成度高、处理速度快等诸多优点，在航天、空间遥感、工业、军事等领域有着巨大的应用前景。 

现有的嵌入式图像采集与处理系统的结构主要有光电成像器件+ASIC芯片+DSP和光电成像器件+FPGA+DSP两种，采用集成芯片设计方案的系统，可以利用专用的IC芯片获得光电成像器件工作时所需的时序驱动信号，利用DSP进行视频信号的数据缓冲和图像处理。而在采用FPGA的系统方案中，由FPGA代替专用集成芯片驱动光电成像器件进行工作，完成数据的缓冲以及各个模块之间的通信，还可以利用自身丰富的硬件乘法器和存储器资源处理一些计算量大但是算法相对简单的图像处理算法，而系统中的DSP则只负责部分算法比较复杂的图像处理。可以看出，凭借FPGA的高度可编程性，采用FPGA+DSP结构的图像采集系统较于ASIC芯片+DSP结构的的系统更加灵活，FPGA可以很好的完成整个系统的控制，这样可以解放DSP，使DSP完全用于图像处理，提高了整个系统的效率。 

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种基于FPGA的微小型CCD图像采集与处理系统，本发明的图像采集与处理系统结构简单、具备数字视频输出功能，提高了图像采集与处理模块的通用性，并在系统设计中加入视频编码芯片，提供模拟视频输出功能。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种基于FPGA的微小型CCD图像采集与处理系统，其特征在于，包括CCD传感器、A/D转换模块、FPGA控制模块、图像储存模块、视频编码模块、DSP模块、监视器以及电源模块；所述的CCD传感器与A/D转换模块和FPGA控制模块相连，在FPGA控制模块提供的时序驱动下，完成图像的采集以及模拟视频信号的输出；所述A/D转换模块与FPGA控制模块相连，A/D转换模块对输入的模拟视频信号进行放大、抑制干扰、去噪声以及数模转换，输出带外行场同步的数字视频信号给FPGA控制模块；所述的视频编码模块与FPGA控制模块相连，视频编码模块接收FPGA控制模块输出的数字视频信号，并输出标准制式的电视信号；所述的图像储存模块与FPGA控制模块相连，用于视频数据的缓存；所述的监视器与视频编码单元相连；所述的DSP单元与FPGA控制模块相连，系统利用DSP进行视频信号的数据缓冲和图像处理；所述的电源模块为系统各模块工作提供稳定电压。

在该基于FPGA的微小型CCD图像采集与处理系统中，所述的FPGA内部包括接收端、滤波单元、插值单元、直方图均衡化单元和输出端；所述的接收端接收由A/D转换模块输出的数字视频信号；所述视频信号经过滤波单元、插值单元和直方图均衡化单元，实现有效视频信号提取；所述的输出端与视频编码单元相连，将处理过的视频数据编码成标准的ITU-R BT656视频流输出。 

在该基于FPGA的微小型CCD图像采集与处理系统中，所述的CCD传感器采用SONY公司的ICX429ALL型黑白CCD；所述的A/D转换模块采用AD9849型号的前端模拟芯片；所述的FPGA控制模块采用EP2C20F484型号的控制器，；所述的视频编码模块采用ADV7179型号的视频编码芯片；所述的图像储存模块选用三星公司的K4S641632C，完成图像的外部缓存；所述的电源模块采用LT3487、LM7805和LM1117-3.3型号的稳压芯片，所述的LT3487芯片电路为ICX429ALL提供工作电源，所述LM7805芯片电路为AD9849提供工作电源，所述的LM1117-3.3为ADV7179提供工作电源。