摘 要
图像是人类获取和交换信息的主要来源。现如今，图像数据传输的应用领域已经涉及到人类生活和工作的方方面面，如航天和航空技术、工业和工程、军事公安、生物医学工程等等。在图像数据传输系统中，实时图像的采集是整个系统的前端部分，也是整个系统最重要的部分。前端的图像采集速度及质量，直接影响到图像数据传输系统后端的算法处理及应用。
本文主要设计图像数据传输系统的前端部分，即视频信号的采集。
本文设计中采用CMOS图像传感器OV7670对外界图像进行实时采集，通过FPGA内部设计的初始化模块对图像传感器输出信号的格式进行配置。根据其输出信号的时序，在FPGA内部设计采集单元。采集到的数据一路送到TFT液晶屏上进行实时显示，另一路送入SRAM缓存。当一帧图像存储完成后，在NIOS II软核中对图像进行处理，并将处理结果以图片的方式，存储到外部存储器SD卡中。
关键字：FPGA； 图像数据传输； CMOS； 图像采集
Abstract
Image is the main source of human access and exchange information. Now, the image data transmission applications has been involved in all aspects of human life and work, such as aerospace and aviation technology, industry and engineering, military police, biomedical engineering and so on. In the image data transmission system, real-time image acquisition is the front part of the system is the most important part of the whole system. Image acquisition speed and quality of the front end, directly affecting the image data transmission system backend algorithm processing and application.
In this paper, the front part of the design image data transmission system, namely the acquisition of the video signal.
In this paper, the design uses CMOS image sensor OV7670 image to the outside world in real-time capture, through FPGA interior design initialization module configured to format image sensor output signal. According to the timing of its output signal within the FPGA design acquisition unit. Collected data all the way to the real-time display on the TFT LCD screen, the other way into the SRAM cache. After the completion of one-frame image is stored in the NIOS II soft core image processing, and the results of the way of pictures stored in the external memory SD card.
Keywords: FPGA; image data transmission; CMOS; image acquisition
目 录
1 前 言 1
1.1 数字图像数据传输发展史 1
1.2 系统整体设计 3
2 CMOS原理和特性及CMOS摄像头的基本结构 4
2.1 CMOS原理及特性 4
2.1.1 CMOS数字图像传感器基本原理 4
2.1.2 CMOS图像传感器的特性 5
2.2 COMS传感器的基本结构 6
2.2.1 OV7670简介 6
2.2.2 OV7670内部结构 8
3 系统设计及硬件实现 12
3.1 系统结构及工作流程 12
3.1.1系统结构 12
3.1.2系统工作流程 12
3.2器件选型及硬件电路实现 12
3.2.1 FPGA选型 12
3.2.2 FPGA配置电路 13
3.2.3 SDRAM电路实现 15
3.2.4 SRAM电路实现 17
3.2.5其他硬件电路 18
4 系统软件设计 19
4.1 软件设计概述 19
4.2 VHDL简介及特点 20
4.3 OV7670初始化模块 21
4.4 OV7670数据采集模块 23
4.5 SRAM控制模块和TFT液晶控制模块 25
4.6 MCU单元设计 26
4.6.1 SOPC Builder简介 26
4.6.2主控制单元MCU的实现 28
4.7 NIOS II软件开发 29
4.7.1 NIOS II集成开发环境 29
4.7.2 MCU软件设计 30
4.7.3简单运动检测 31
4.7.4 BMP图片存储 32
5 总结与展望 34
参考文献 35
附录 1 36
附录 2 43
致谢 44
