基于DE2的图像采集系统设计与实现

1、武 汉 纺 织 大 学 毕业设计论文论文题目：基于DE2的图像采集系统设计与实现院 系 电子与电气工程学院 专 业 班 级 电信093 学 生 姓 名 肖 俊 指 导 教 师 郭 旻 毕业设计（论文）任务书课题名称：基于DE2的图像采集系统设计与实现 完成期限：2012年12月1日至2013年5月25日院系名称电子与电气工程学院 专业班级 电信093学生姓名 肖俊 学 号 0903745003 指导教师 郭旻 指导教师职称 讲师院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容1. 培养学生通过图书馆、互联网等资源查阅相关资料（包括外文资料），训练学生自主获得知识的能力和自学能力；2. 培养学生把所学的EDA技术，数字图像处理，Quartus II，Verilog HDL语言等知识应用到实际中来，并运用所学知识设计方案以及编写程序，提高学生的创新能力；3. 锻炼学生自己查找资料、自己学习的能力；4. 锻炼学生的自我创新能力； 5. 在书写论文的过程中，锻炼学生的语言表达能力、逻辑思维能力、办公软件使用的能力；6. 培养学生与人合作、相互交流的能力。二、设计（论文）任务和要求（包

2、括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）该课题是基于EDA技术，数字图像处理，Quartus II，Verilog HDL语言等多学科知识点交叉运用的设计。在整个的设计过程中，主要任务和要求包括：1. 大量收集与本课题有关的资料：到图书馆、各大书店寻找图像采集技术设计以及实现的资料，并认真进行阅读；到各大数据库和相关网站上搜索与本课题相关的学位论文和相关资料。2. 第四周前上交毕业设计开题报告一份。开题报告内容与学校模板要求一致，字数不少于2000字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作。3. 理清论文的总体思路，完成主要的研究工作：包括各种模型、算法和实验。 4. 完成毕业设计论文，字数不少于15000字。论文包含11个部分：封面、任务书、开题报告、中英文摘要及关键词、目录、正文、参考文献、附录、外文资料、中文译文、致谢共11个部分。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料1.系统功能及主要参数：(1) DE2开发平台和D5M摄像头套件；(2) 实时采集图像，图像清晰并且无色差；(3) 具有存储当前图像的功能；(4) 实验部分在 Quartus II和Ve

3、rilog HDL环境下进行；2.主要参考资料：1 友晶官方网站 http:/2 Altera官方网站 http:/www.A3 张志刚 FPGA与SOPC设计教程DE2实践 西安电子科技大学出版社 2007.64 Altera Cyclone II FPGA FamilyDatasheet，200725 友晶科技DE2 User Manual. 2005.126 Altera Quartus II Version 9.0 Handbook，200937 Mentor Graphics CorporationModelSim SE Tutorial200418 夏闻宇编著 Verilog数字系统设计教程（第二版）北京航空航天大学出版社 2009.39 友晶科技TRDB-D5M Hardware specification V0.2. 2009.610 ISSI. IS42S16400 Datasheet. 2001.5四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12012.12.12012.12.15查阅资料，撰写开

4、题报告 22012.12.162012.12.29结合理论研究设计系统方案 32012.12.302013.1.12分析系统所需的模块，编写Verliog HDL程序 42013.1.132013.2.2仿真各模块的功能，对整体性能进行改进。 52013.2.32013.3.2整理实验仿真数据 62013.3.32013.3.30完成英文文献翻译 72013.3.312013.5.15撰写，修改，定稿论文 82013.5.162013.5.25制作PPT，准备毕业答辩 注：1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。2. “实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉纺织大学毕业设计（论文）规范执行。武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称基于DE2的图像采集系统设计与实现院系名称电子信息工程学院专 业电子信息工程班 级电子093学生姓名肖俊一 课题的意义、所属领域发展状况课程意义： 图像采集是视频信号处理系统的前端部分，正在向高速、高分辨率、高集成化、高可靠性方向发展。图像采集系统在当今工业、军事、医学

5、各个领域都有着极其广泛的应用，如使用在远程监控、安防、远程抄表、可视电话、工业控制、图像模式识别、医疗器械等各个领域都有着广泛的应用。图像采集处理器件主要有专用集成芯片(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)、数字信号处理器(DSP,Digital Signal Process)和现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)以及相关电路组成。近年来，微电子技术和超大规模的集成电路制造技术的发展，特别现场可编程门阵列FPGA的发展，为提高图像采集处理系统各种性能提供了新的思路和方法。FPGA是英文FieldProgrammable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。由于底层图像处理的数据量很大，要求处理速度快，但运算结果相对比较简单，以FPGA作为主要处理芯片的图像采集处理系统非常适合

6、于对图像进行处理。所属领域发展现状： 使用Altera公司FPGA内嵌SOPC架构完成图像的采集、处理与显示功能，目前在国内还处于初级阶段，Altera的技术支持可以使用FPGA内部的硬件资源和内部LE进行外部设备的驱动开发等，这样大大减少硬件设计的复杂性。而且，FPGA实现数字信号处理最显著的特点就是高速性能好：以软件方式控制操作和运算的系统速度显然无法与纯硬件系统相比，因为软件是通过顺序执行的方式来完成控制和运算步骤的，而用HDL语言描述的系统是以并行方式工作的。目前，国内外对基于FPGA这种SOPC技术的需求将呈上升趋势。二本课题的研究内容 本课题研究的是基于DE2的图像采集系统设计与实现。该系统是以FPGA为核心，用TRDB_D5M摄像头来进行图像采集，通过TRDB_D5M内部带有的模数转换模块，将采集到的模拟信号转换为数字信号，然后交由FPGA处理，并在DE2开发板上的SDRAM中存储，随后经过DE2开发板上的数模转换ADV7123芯片，将数字信号转换为模拟信号，通过VGA显示出来。设计方框图如下。本课题要研究的内容：（一） 参考了国内外大量关于图像处理系统的设计方案，在此基

7、础上制定了图像处理系统的整体设计方案。（二） 对FPGA图像处理原理进行了分析研究，设计图像采集模块、图像缓存模块、图像显示模块和FPGA主控制电路模块及其接口。（三） 通过比较分析，选择Altera cyclone II系列FPGA EP2C35作为主控制芯片，选择友晶科技DE2开发板做为开发平台，友晶科技的CMOS图像传感器TRDB_D5M作为图像采集的主模块。（四） 深入了解Altera公司的Quartus II软件的应用。（五） 通过相关仿真软件的使用对单个模块的仿真设计和验证。三研究方法和研究手段由于本课题涉及的知识比较多，所以在课题的制作过程中需要以下方法：（1） 查阅资料。到图书馆借阅与课题相关的书，官网上查找相关资料以及文献，熟悉课题的研究意义及原理，为课题的研究打下一个良好的基础。（2） 对系统功能模块的分析，并论证功能模块的实现方式。（3） 硬件熟悉。在熟悉原理的基础上，熟悉DE2开发板，特别是开发板上的各个主要芯片，以及课题所需接口。（4） 驱动编写。查找相关资料熟悉verilog语言，在硬件原理熟悉完成后，进行需要的模块驱动编写功能测试。（5） 整体调试。四 研

8、究步骤 （1） 对系统整体的认识以及各功能模块的划分，有图像采集模块、图像转换模块、图像缓存模块以及图像显示模块，并论证功能模块的实现方式。 （2） 对CMOS传感器的分析，并用verilog语言编写需要的驱动程序。主要是CMOS传感器的数据配置，还有时序控制。 （3） 对于采集的图像数据进行简单的处理，主要是实现bayer到RGB的转换。 （4） 对于数据的处理，考虑缓存在SDRAM里面，这样就需要对SDRAM进行分析，并编写SDRAM的读写程序。SDRAM的读写操作也可以使用QII里面的SDRAM控制IP核来实现，这样可以方便的通过NIOS II来控制数据的操作。 （5） 对于最终的图像显示，我们使用的是VGA显示器，需要编写VGA接口的驱动和控制程序。VGA接口驱动也可以做成IP核，放入NIOS II中，用软核的方式来进行显示处理。 （6） 最终下载到DE2开发平台，进行整体测试。五参考书目1 友晶官方网站 http:/2 Altera官方网站 http:/www.A3 张志刚 FPGA与SOPC设计教程DE2实践 西安电子科技大学出版社 2007.64 Altera Cyclone II FPGA FamilyDatasheet，200725 友晶科技DE2 User Manual. 2005.126 Altera Quartus II Version 9.0 Handbook，200937 Mentor Graphics CorporationModelSim SE Tutorial200418 夏闻宇编著 Verilog数字系统设计教程（第二版）北京航空航天大学出版社 2009.3指导教师签名： 年 月 日

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