红外图像高速实时存储系统设计

针对红外图像具有分辨率低、帧频高的特点,以及目标特性分析和图像处理算法验证需要完整、无损记录图像数据的要求,提出了一种高速数字图像传输记录系统方案。方案采用HOTLinkⅡ＋FPGA＋PCI的体系结构,数据通过同轴线从红外图像设备传输到图像记录设备的CYP15G0101芯片,实现了远距离的点到点可靠传输和解码。FPGA和PCI接口芯片对图像数据进行接收和缓冲,工控机软件通过调用PCI SDK提供的API函数实现对PCI接口芯片的初始化、控制和数据传输等操作,从而将图像数据按照预定的格式连续地写入物理上连续的硬盘存储空间,最终实现数据记录、回放和分析等功能。该方案已经成功应用于某型红外图像记录设备并经过长时间测试,记录时间、漏记率等指标和回放等功能均满足研制要求。     

基于FT245RL和FPGA的6路数据采集系统设计

针对大规模数据采集过程中存在数据量大与传输速度慢的矛盾,本文设计了基于FT245RL和FPGA的6路数据采集系统。该设计采用Xilinx公司的FPGA作为整个系统的核心,控制A/D转换器实现6路模拟数据的同步采集,并将转换后的数字信号存储到Flash中,最终通过USB2.0转换芯片将数据传输到上位机。试验表明,该数据采集系统能够满足对大容量数据实时采集、存储和上传的要求,具有工作稳定,可靠性高,传输速度快的特点,能够广泛应用于大规模数据的采集。     

图像式光电编码器数据采集系统

提出了基于FPGA+USB的图像式角位移测量数据处理系统.首先,图像探测器的像素数据通过LVDS接口传输到FPGA中,在FPGA中实现对三行像素数据的按位接收及对图像探测器的指令控制;然后,FPGA将像素按照顺序整理并存入SRAM中;最后,USB传输芯片读取SRAM中的数据并传输到PC机中,通过VC++软件实现图像的显示.所使用的CMOS图像探测器的像素为1 280×1 024,经过设计成功实现了对3像素×1 280像素数据的图像的采集,并成功在上位机中实现了对图像的显示.     

基于USB3.0的高速数据传输电路的设计

针对大容量数据记录器与外围计算机之间的数据通信时间长速度慢的问题,借助USB3.0接口良好的向后兼容性、易于使用性、可热插拔性、传输速度快等特点,设计了以FPGA为主控单元, DDR2 SDRAM作为高速大容量缓存,USB3.0接口作为与计算机进行数据通信接口的高速数据传输电路系统。采用外接I2C接口的EEPROM作为USB3.0接口芯片的启动方式;通过专用的线性稳压器为DDR2提供稳定的参考电压和吸收电流;最后详细介绍了USB3.0接口芯片的固件程序配置和FPGA控制模块的逻辑设计。实验测试结果表明,通过USB3.0接口该系统数据传输速度达到149.29M/S,且数据传输可靠。     

高速CCD图像数据存储技术

介绍了一种高速CCD图像数据的实时存储方法利用FIFO缓存器使CCD输出的高速数据流和低速存储介质二者的速度匹配,将多路高速大容量图像数据实时记录到了存储介质中,为后期的图像恢复和图像处理提供了原始数据该图像数据存储的方法对各种数据采集以及存储系统的设计具有很好的参考意义.     

一种基于Aurora协议光纤的FPGA远程更新方法

FPGA在光电系统中应用广泛，复杂的光电系统中可能集成了多个FPGA信号处理系统，整体状态下各子系统FPGA一般不具备在线JTAG更新程序的条件。提出一种基于Aurora协议光纤的FPGA远程更新方法，对FPGA烧录文件进行数据分包，光纤传输中增加握手和重发机制，数据包通过光纤接口发送给FPGA,FPGA对每一包数据校验无误后缓存至DDR中。当DDR接收完整包数据后，SOC系统通过Microblaze软核将DDR中的数据写入FLASH对应地址中，实现了FPGA程序的远程更新。经实验测试，光纤模块带宽可稳定工作在10 Gbps,8.52 MB的FPGA烧录文件的远程更新时间为117 s。该方法解决了长距离、复杂系统的FPGA远程更新问题，有效提高了远程更新效率，降低了数据传输误码率。     

通用化数据采集处理系统的LabVIEW实现

针对目前测控领域对自研数据采集系统的不同需求,提出一种基于LabVIEW的通用化设计。整个系统基于软硬件构架：硬件上采用“ADC FPGA PCI”的模块化接口设计,能方便搭载于各种测试平台;软件上采用图形化编程语言LabVIEW进行开发,包括基于NI-VISA的PCI驱动程序和生产者/消费者模式的上位机处理软件。前者通过直接访问底层寄存器进行控制,为同类芯片的通用驱动开发提供了参考方案;后者充分利用LabVIEW多线程处理的特点,从软件构架上改善数据流向,优化程序。实验结果表明,该系统工作稳定,人机交互良好,可实现数据存储、回放和时频分析等多项功能。     

基于PCIE接口的光电图像采集系统设计与实现

在光电系统中,为了获得更高质量的光电图像,需增加传感器数量、提高传感器分辨率等,这使得光电图像采集系统采集的数据量剧增。为满足对大量光电图像数据的高速采集及实时显示,提出一种基于PCIE接口的光电图像采集系统,该系统以FPGA作为控制核心,利用专用桥接芯片PEX8311实现PCIE协议,采用模块化设计思想,并预留丰富拓展接口。测试结果表明,单通道采集实时光电图像数据与主机通讯实际速率达到170 MB/s,超出PCI理论带宽132MB/s约30%,能解决传统基于PCI接口的系统数据传输带宽不足等问题。     

基于FPGA的高速数据传输系统设计与实现

为了满足国家重点专项“量子科学实验卫星”中“量子存储板”高速串行数据传输的测试要求,提出了一种以Nios II嵌入式处理器为控制核心,TLK2711、RS422、USB2.0和千兆以太网为传输接口的高速数据传输解决方案;系统采用TLK2711完成高速数据的串并转换,采用RS422完成命令和控制信号的传输,实现与“量子存储板”的高速数据传输;利用Xilinx公司Zynq-7000芯片独有的ARM+FPGA架构实现千兆以太网完成数据的高速传输,利用EXAR公司XR21V1414 USB转串口芯片实现命令、遥测等数据的传输;采用Labview编写上位机控制整个系统的运行,实现命令发送、指令解析、运行状态显示、数据帧产生、高速数据传输、解析和存储等功能;实测结果表明,此系统数据传输速率高达600 Mbps,满足高速串行数据传输的要求,且具有稳定性高、可靠性好等优点。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。     

大面阵CMOS APS相机系统的设计

基于大面阵CMOS APS图像传感器LUPA-4000设计出一个相机系统.通过对LUPA-4000驱动时序的分析,选用FPGA作为驱动信号产生载体,使用VHDL硬件语言设计了包括CMOS传感器驱动、通信、数据转换等一体化的程序,并分别对各个程序模块进行说明.设计了系统硬件电路,并加载程序对CMOS传感器驱动信号进行测试,给出了控制像素积分信号的测试波形.经测试相机电路系统与计算机通信正常,与下位机数据传输准确无误,系统整体运行稳定可靠.安装光学系统后获取了高质量图像.     

大面阵CMOS APS相机系统的设计

基于大面阵CMOS APS图像传感器LUPA-4000设计出一个相机系统.通过对LUPA-4000驱动时序的分析,选用FPGA作为驱动信号产生载体,使用VHDL硬件语言设计了包括CMOS传感器驱动、通信、数据转换等一体化的程序,并分别对各个程序模块进行说明.设计了系统硬件电路,并加载程序对CMOS传感器驱动信号进行测试,给出了控制像素积分信号的测试波形.经测试相机电路系统与计算机通信正常,与下位机数据传输准确无误,系统整体运行稳定可靠.安装光学系统后获取了高质量图像.     

基于图像数据封装包文的数据采集方法

针对如何在工业应用中找到一种实现周期更短和更低成本的图像数据采集方法进行了研究。通过分析以太网帧格式和JPEG图像数据特点,给出了一种对JPEG图像帧进行分片并对分片进行数据封装的方法,在此基础之上实现了基于图像数据封装包文的数据采集设计。最后在FPGA环境中对该设计进行了实现,此实现成功应用到了工程项目当中。实践表明,基于图像数据封装包文的数据采集方法能够在不添加外置存储器等复杂器件的情况下实现稳定的、实时的JPEG图像数据采集。     

基于CNN的红外图像边缘检测算法的FPGA实现

提出了一种以现场可编程门阵列为硬件处理器实现基于细胞神经网络的红外图像边缘检测方法.首先利用simulink的算法行为特性搭建红外图像输入模块,获得相关的红外图像头信息并对红外图像像素值范围进行相应变化,然后根据细胞神经网络模板所创建的查找表设计单个细胞元软核,再利用细胞神经网络阵列的规则性和互联的局域性,将单个细胞元软核扩展成细胞神经网络阵列.最后采用modelsim将细胞神经网络阵列与红外图像输入、输出模块相关联,从而达到实时处理的效果.实验结果表明:基于现场可编程门阵列为硬件处理器平台实现的细胞神经网络对红外图像进行边缘检测取得了较好的效果,且与MATLAB软件仿真的结果进行对比得出两者只有极其微小的差别.在Xilinx公司Virtex-6系列的现场可编程门阵列平台上,综合后占用极少资源的情况下得到142.693 MHz的最高频率,并且达到了2.378 Mpixels/sec处理速度.     

基于CNN的红外图像边缘检测算法的FPGA实现

提出了一种以现场可编程门阵列为硬件处理器实现基于细胞神经网络的红外图像边缘检测方法.首先利用simulink的算法行为特性搭建红外图像输入模块,获得相关的红外图像头信息并对红外图像像素值范围进行相应变化,然后根据细胞神经网络模板所创建的查找表设计单个细胞元软核,再利用细胞神经网络阵列的规则性和互联的局域性,将单个细胞元软核扩展成细胞神经网络阵列.最后采用modelsim将细胞神经网络阵列与红外图像输入、输出模块相关联,从而达到实时处理的效果.实验结果表明:基于现场可编程门阵列为硬件处理器平台实现的细胞神经网络对红外图像进行边缘检测取得了较好的效果,且与MATLAB软件仿真的结果进行对比得出两者只有极其微小的差别.在Xilinx公司Virtex-6系列的现场可编程门阵列平台上,综合后占用极少资源的情况下得到142.693 MHz的最高频率,并且达到了2.378 Mpixels/sec处理速度.     

USB3.0接口在数据存储系统中的应用

USB3.0的传输速率最快可达5Gbps,因此,为实现大量数据的快速稳定传输,介绍了一种以FPGA为控制核心,DDR2 SDRAM为高速大容量缓存,USB3.0为记录器与计算机进行数据通信接口的高速数据传输系统,通过模块硬件电路及软件协议实现了数据的高可靠性稳定传输,解决了大容量记录器的数据传输速度瓶颈。经长期试验证明：该接口传输速度可稳定到达150M/s,且数据可靠无误,满足任务设计要求。     

基于FPGA的红外焦平面信息获取系统设计

基于红外焦平面探测器的红外遥感技术是实现多通道和高空间分辨率的重要手段,而随着焦平面探测器中探测单元的增加探测数据也急剧增加,研究基于FPGA的高速并行处理技术对解决红外探测领域多通道高速信息获取有重要意义。以FPGA作为控制器件,设计了16通道,数字分辨率为16bit的ADC采集方案,实现对32×32元的红外焦平面探测器数据并行获取,并设计了数据宽度为16bit的数据输出接口,用来完成采样数据的上传功能。实验结果表明该方案设计简洁,数据上传速度控制灵活,可以满足焦平面探测器的信号获取与传输。     

基于DSP和FPGA图像采集技术的研究

本文介绍了一种基于可编程逻辑器件(FPGA)和数字信号处理器(DSP)的图像采集系统。采用增强型视频输入处理芯片SAA7111A完成对视频信号的模数转换,以FPGA为数据逻辑控制单元,结合DSP控制实现了对图像的实时采集传输。介绍了系统的整体结构。并详细讨论了FPGA的控制逻辑,DMA图像存取等工作原理。     

红外热像仪与上位机通信系统设计

设计了一款上位机软件实现对国产中波凝视红外热成像系统的指控命令发送、软件版本更新等功能。红外图像的处理主要在FPGA内完成,上位机通过串口直接与FPGA内部的NIOSⅡ通信,完成红外图像的非均匀性校正、盲元处理(包括盲元列表的上传下载)、图像性能测试等功能,并且上位机可以通过串口直接对FPGA程序进行更新。为了提高通信的稳定性,所有通信命令采用统一格式的数据命令包进行发送和接收。相比较一般的串口数据通信,所设计的通信方式具有传输距离远、误码率低、软件升级操作简单、方便、效率高等特点。对比一般的红外成像系统,本系统采用串口在线升级FPGA的方式,简化了系统硬件电路设计,方便了系统后期维护。