目 前 ， 嵌 入 式 相 機 逐 漸 代 替 了 傳 統 相 機 進 入 大 眾 的 視 野 ， 應 用 在 公 安 刑 偵 、 生 物 醫 學和 文 物 保 護 等 諸 多 領 域 。 但 是 隨 著 人 們 對 圖 像 視 覺 成 像 質 量 追 求 的 提 升 ， 圖 像 傳 感 器 的 特性 朝 著 高 分辨 率 、 高 靈 敏 度 、 高 像 素 位 寬 的 趨 勢 發 展 ， 普 通 的 嵌 入 式 相 機 已 經 不 能 滿 足 大數 據 量 、 低 延 遲 性 的 處 理 要 求 。為 此 ， 本 論 文 研 究 設 計 了一種 基 于 ＦＰＧＡ 的 ＭＩ ＰＩ 接 口 嵌 入 式 平 臺 相 機 ， 從 圖 像 采 集 、
圖 像 處 理 和 圖 像 傳 輸 等 方 面 進 行 深 入 研 究 最 終 研 制 出 整 機 。
系 統 前 端 圖 像 采 集 方 面 ， 支 持 Ｇｐｉ ｘｅｌ 公 司 的 多 款 圖 像 傳 感 器 如 ＧＳＥＮＳＥ４ ０ ０Ｂ Ｓ Ｉ 、ＧＳＥＮＳ Ｅ２ ０２ ０ Ｓ 、 ＧＭＡＸ０ ８ ０６ 等 ， 通 過 可 預 配 置 的 模 式 驅 動 圖 像 傳 感 器 輸 出 ＬＶＤ Ｓ 類 型 的數 據 信 號 。 經 過 仔 細 研 究 提 出 的 功 能 板 分 離 式 硬 件 設 計 ， 在 僅 使 用 同一塊 圖 像 處 理 電 路 板的 條 件 下 可 兼 容 不 同 的 圖 像 采 集 電 路 板 ， 保 證 了 系 統 的 完 整 性 ， 有 效 提 高 了 系 統 的 研 發 效率 。系 統 中 間 圖 像 處 理 部 分 ， 采 用 了 Ｓｐａｒｔａｎ６ 系 列 的 ＦＰＧＡ 芯 片 ， 研 發 設 計 了 適 配 于Ｓｐａｒｔ ａｎ６ 的 數 據 實 時 解 析 模 塊 、 數據 實 時 拼 接 模 塊 ， 為 了 實 現 更 好 的 圖 像 效 果 ， 在 Ｓｐａｒｔ ａｎ６內 部 還 分 別 集 成 了 三 種 圖 像 銳 化 算 法 ： Ｓ ｏｂｅ ｌ 銳 化 、 Ｌ ａｐｌ ａｃ ｅ 銳 化 和 非 銳 化 掩 模 算 法 。 此 外 ，系 統 啟 動 模 式 除 了 基 本 的 視 頻 模 式 和 圖 片 捕 獲 模 式 ， 還 支 持 序 列 觸 發 模 式 滿 足 特 殊環 境 的觸 發 需 求 。 同 時 ， 系 統 還 可 通 過 Ｓｐａｒｔａｎ６ 實 時 地 配 置 圖 像 傳 感 器 的 參 數 和 工 作 模 式 ， 為 自動 曝光 、 圖 像 模 式 切 換 等 功 能 提 供 基 本 保 障 。
系 統 后 端 圖 像 傳 輸 部 分 ， 對 于 高 速 數 據 在 不 同 芯 片 間 的 傳 輸 創 新 性 地 采 用 了 手 機 內 部集 成 的 高 速 ＭＩ ＰＩ 接 口 ， 設 計 了 基 于 Ｃｒｏ ｓ ｓ＿Ｌ ｉ ｎｋ 芯 片 的 接 口 橋 接 轉 換 模塊 進 行 數 據 類 型 的轉 換 ， 并 研 究 提 出 了 在 同一個 ＭＩ ＰＩ 接 口 上 同 時 支 持 不 同 數 據 類 型 傳 輸 的 方 法 ， 為 后 端 圖像 的 傳 輸 提 供一個 高 速 、 穩 定 的 數 據 流 ， 避 免 系 統 發 生 丟 幀 、 掉 包 的 情 況 。 最 后 ， 數 據 信號 在 ＲＫ３ ３ ９ ９ 開 發 平 臺 進 行 接 收 和 顯 示 控 制 。最 終 系 統 的 綜 合測 試 結 果 表 明 ， 本 系 統 很好 地 體 現 兼 容 性 優 勢 ， 基 于 自 主 設 計 的 軟 件模 塊 可 在 系 統 后 端 顯 示 高 質 量 圖 像 ， 并 且 能 夠 提 供 分 辨 率 為 ｌ 〇 ８ ０ Ｐ ＠ ３ ５ ｆｐ ｓ 的 穩 定 視 頻 流 ，為 高 清 視 頻 應 用 領 域 提 供 了一個 良 好 的 解 決 方 案。

?華 中 科 技 大 學 設 計 的一款 紫 外 － 可 見 雙 光 譜 相 機 ［１ ３ ］， 此 相 機 可 同 時 捕 獲 可 見 光 和 紫 外光 的 雙 光 譜 圖 片 ， 通 過 后 續 校 準 的 二 次 計 算 提 高 相 機 精 度 。 另 外 ， 該 相 機 只 使 用 了一片ＡＲＭ 作 為 主 核 心 ， 該 研 究 中 在 處 理 ７ ２ ０ ｘ ４ ８ ０ 分 辨 率 圖 像 的 時 候 能 提 供 較 好 的 圖 像 效 果 ，但 是 當 圖 像 分 辨 率 進一步 增 大 的 時 候 ， 將 造 成 處 理 器 的 資 源 緊 張 ， 在 對 圖 像 進 行 硬 件 算 法處 理 等 過 程 中 可 能 造 成 顯 示 結 果 遲 緩 等 現 象。

?

最 后 ， 確 立 了 Ｓ ｐ ａｒｔ ａｎ６ 主 芯 片 ＋ Ｃｒ ｏ ｓ ｓ ＿Ｌ ｉ ｎｋ 接 口 轉 換 芯 片 的 處 理 模 式 作 為? 最終設 計 方 案 。 本 論 文 中 系 統 設 計 方 案 創 新 性 地 提 出 使 用一塊 主 芯 片 作 為 系 統 的 統 籌 處 理 中心 ， 前 期 本 論 文 在 調 研 過 程 中 也 研 究 了 目 前 市 場 上 核 心 的 處 理 器 種 類 有Ｄ Ｓ Ｐ／ Ｃ ＰＵ／ ＧＰ Ｕ／ Ａ Ｓ Ｉ Ｃ 等 ， 但 是 相 比 于 Ｆ Ｐ ＧＡ 芯 片 的 高 效 并 行 處 理 數 據 的 優 勢 和 低 延 遲 、 高效 率 和 低 功 耗 等 特 點 ， ＦＰ ＧＡ 芯 片 顯 然 更 加 符 合 本 論 文 的 設 計 要 求 ， 研 究 并 設 計 其 作 為 圖像 傳 感 器 驅 動 和 數 據 信 號 處 理 的 樞 紐 ， Ｓ ｐａｒｔａｎ６ 芯 片 需 要 研 究 設 計 以 下 功 能 ：
１） 研 究 國 產 Ｃ ＭＯ Ｓ 圖 像 傳 感 器 的 特 性 ， 設 計 專 門 的 驅 動 模 塊 不 僅 僅 能 夠 實 現 最 基 本的 對 Ｃ ＭＯ Ｓ 圖 像 傳 感 器 的 驅 動 功 能 ， 并 且 還 要 能 夠 在 ＣＭＯ Ｓ 圖 像 傳 感 器 正 常 工作 的 過 程 中 對 其 寄 存 器 參 數 進 行 實 時 配 置 進 而 改 變 其 工 作 模 式 ， 充 分 挖 掘 國 產Ｃ ＭＯ Ｓ 圖 像 傳 感 器 的 潛 能 ；
２ ） 設 計 專 門 對 接 ＬＶＤ Ｓ 串 行 信 號 的 數 據 接 收 模 塊 ， 首 先 需 要 將 圖 像 傳 感 器 輸 出 的ＬＶＤ Ｓ 串 行 信 號 進 行 數 據 的 接 收 和 解 析 ， 能 夠 在 特 別 設 計 的 數 據 校 正 機 制 下 轉 換得 到 準 確 無 誤 的 圖 像 數 據 。 其 次 ， 設 計 了 專 門 針 對 國 產 Ｃ ＭＯ Ｓ 圖 像 傳 感 器 輸 出 格式 特 點 的 數 據 拼 接 模 塊 ， 使 用 最 少 的 資 源 模 塊 在 最 短 的 時 間 內 完 成 圖 像 的 拼 接 ；
３ ） 圖 像 處 理 算 法 的 硬 件 實 現 ， 通 過 Ｓ ｐ ａｒｔａｎ ６ 芯 片 硬 件 加 速 圖 像 算 法 的 流 程 ， 將 復 雜的 圖 像 處 理 算 法 底 層 化 、 集 成 化 ， 針 對 本 論 文 的 應 用 場 景 特 別 設 計 了 適 配 于Ｓ ｐ ａｒｔ ａｎ ６ 芯 片 的 銳 化 算 法 ， 具 體 有 三 種 實 現 方 案 ： Ｓ ｏ ｂ ｅ ｌ 銳 化 、 Ｌ ａｐ ｌ ａｃ ｅ 銳 化 、 非銳 化 掩 模 算 法 ；
４ ） 設 計 系 統 的 多 功 能 性 ， 增 加 系 統 支 持 的 特 色 功 能 。 具 體 到 系 統 啟 動 模 式 的 拓 展 設?計 ， 其 中 包 括 視 頻 模 式 、 圖 片 捕 獲 模 式 和 序 列 觸 發 模式 ；綜 上 研 究 的 接 口 橋 接 轉 換 方 案 而 言 ， 選 定 的 Ｃｒ〇 Ｓ Ｓ＿Ｌｉｎｋ 芯 片 需 要 設 計 完 成 以 下 所 述 功 能 ：

１ ） 設 計 廣 泛 通 用 的 ＭＩＰＩ 接 口 轉 換 模 塊 ，一方 面 可 兼 容 多 種 數 據 流 上 游 處 理 數 據 的芯 片 類 型 ， 另一方 面 可 兼 容 不 同 數 據 流 下 游 接 收 信 號 的 開 發 平 臺 類 型 ， 滿 足 嵌 入式 系 統 強 適 配 性 的 原 則 ；
２） 針 對 不 同 數 據 類 型 的 信 號 ， 專 門 研 究 設 計 基 于 ＭＩ ＰＩ 接 口 的 虛 擬 通 道 實 現 的 多 數據 類 型 傳 輸 模 式 ， 該 新 型 方 案 較 以 往 方 案 相 比 有 底 層 硬 件 結 構 需 求 簡 單 、 操 作 方便 等 優 點。

３ ． １ 硬 件 電路 框 架
硬 件 電 路 框 架 圖 如 圖 ３－１ 所 示 ， ＭＩ Ｐ Ｉ 接 口 嵌 入 式 平 臺 相 機 硬 件 系 統 可 以 分 成 五 個 部分 來 進 行 設 計 ， 分 別 為 圖 像 采 集 模 塊 、 圖 像 處 理 模 塊 、 Ｉ ２ Ｃ 通 訊 模 塊 、 接 口 橋 接 轉 換 模 塊和 主 控 模 塊 ， 各 模 塊 之 間 分 工 獨 立 但 可 以 通 過 接 口 彼 此 互 通 合 作 ， 共 同 配 合 完 成 整 個 系 統的 各 個 功 能 。 圖 像 采 集 模 塊 位 于 整 個 系 統 的 前 端 ， 在 圖 像 處 理 模 塊 的 驅 動 下 通 過 ＬＶＤ Ｓ 接口 輸 出 對 應 模 式 的 有 效 像 素 數 據 ， 于 此 同 時 ， 圖 像 采 集 模 塊 受 圖 像 處 理 模 塊 實 時 控 制 ， 可以 通 過 Ｓ Ｐ Ｉ （ Ｓ ｅ ｒｉ ａ ｌ Ｐ ｅｒｉ ｐｈｅ ｒ ａ ｌ Ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｆａｃ ｅ ） 串 行 總 線 來 實 時 配 置 相 應 寄 存 器 使 得 圖 像 傳 感 器 進入 相 應 的 工 作 狀 態

?同 時 ， 在 Ｓ ｐ ａｒｔ ａ ｎ６ 芯 片 內 部 進 行 處 理 過 后 圖 像 數 據 以 ＲＡＷ １ ０ 類 型 傳 輸 給 接 口 橋 接 轉換 模 塊 ， 最 后 在 Ｃ ｒ〇 Ｓ Ｓ＿Ｌ ｉ ｎｋ 芯 片 中 轉 換 成 ＭＩ Ｐ Ｉ 格 式 數 據 信 號 通 過 轉 接 板 傳 輸 給 主 控 模 塊的 ＲＫ３ ３ ９ ９ 開 發 平 臺 進 行 圖 像 顯 示 。 其 中 ， Ｉ ２ Ｃ 通 訊 模 塊 的 主 要 作 用 是 連 接 主 控 模 塊 和 圖像 處 理 模 塊 來 決 定 最 終 栢 機 系 統 輸 出 的 視 頻 流 模 式 ， 可 支 持 調 試 的 功 能 有 ： 自 動 曝光 功 能 、增 益 調 節 、 幀 率 調 節 、 分 辨 率 調 節 、 圖 像 正 常 摸 式／ Ｔｅ Ｓ ｔ Ｐ ａｔ ｅ ｒｎ （ 測 試） 摸 式 切 換 以 及 相 機系 統 的 開 啟 和 關 閉 等 。

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總結

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