一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統的制作方法

本實用新型涉及一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統，具體涉及FPGA的處理控制及圖像處理與顯示的方法，本實用新型屬于圖像采集與處理領域，用于實時輸出目標的圖像信息。

背景技術：

隨著現代電子技術的飛速發展，基于傅里葉變換成像光譜儀對目標的實時探測與識別已成為目前光譜儀研究領域的熱點之一，而實時光譜復原技術是有效解決該問題的關鍵。

傅里葉變換成像光譜儀利用干涉儀獲得目標的干涉圖，然后對干涉圖的每一行進行傅里葉變換得到該行所對應的目標點的光譜信息。干涉儀系統是精密的光學儀器，價格高昂，實際工程應用中，一般采用可見光相機來模擬干涉儀系統，具體做法為利用圖像處理系統采集一幀可見光圖像，然后對可見光圖像的每一行數據進行傅里葉變換來模擬光譜復原的過程。

成像光譜儀幀頻高、信息量大，其光譜復原實時處理系統通常是以Fourier變換專用芯片或高速DSP器件為核心，但這種系統體積大，算法復雜，硬件處理電路升級困難，不便于移植和推廣；而FPGA以其效率高、成本低、可重構性強等優勢，在視頻圖像處理領域中扮演著越來越重要的角色。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于，提供了一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統，它是由視頻采集模塊、存儲模塊、視頻編碼模塊和顯示模塊四部分構成；所述視頻采集模塊包括：CCD攝像機、數模轉換處理器及Log算子模塊；所述存儲模塊用于存儲由解碼作用后的數字視頻信號；所述視頻編碼模塊實現輸出數據的格式轉化；所述顯示模塊實現圖像的顯示；所述數模轉換處理器與CCD攝像機及FPGA的IIC總線連接；所述Log算子模塊與數模轉換處理器連接；所述存儲模塊與視頻采集模塊連接；所述視頻編碼模塊與存儲模塊連接；所述顯示模塊與視頻編碼模塊連接。

在該基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中，所述數模轉換處理器為SAA7113芯片，此芯片強大的功能和處理速度，可以很好的滿足采集信號的需求。

在該基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中，所述Log邊緣檢測模塊用硬件描述語言在FPGA上實現，從根本上提高了算法的執行速度，達到“實時采集、實時處理”及圖像去噪、檢測到較細邊緣的效果。

在該基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中，所述存儲模塊采用SDRAM動態處理器，完成奇偶兩場信號的存儲。

在該基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中，所述視頻編碼模塊為FPGA通過色彩空間變換公式實現數據格式由PAL制式到RGB565制式的轉換。

在該基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中，所述顯示模塊通過串口通信模塊在PC上實現圖像顯示，所述串口通信模塊采用SP3232芯片與FPGA相互作用。

本實用新型提供的有益效果是基于FPGA實現的Log邊緣檢測算子實現對圖像的處理，算法執行速度快，輸出圖像數據更精確。

附圖說明

圖1為本實用新型所涉及的一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統的整體示意圖。

圖2為本實用新型所涉及的一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中數模轉換處理器的原理圖。

圖3為本實用新型所涉及的一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統中串口通信模塊的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1為本實用新型所涉及的一種基于FPGA的實時數據采集與顯示系統的整體示意圖。系統主要由視頻采集模塊、存儲模塊、視頻編碼模塊和顯示模塊組成。采集模塊主要包括CCD攝像機與SAA7113芯片和FPGA的IIC總線連接，IIC總線先對芯片SAA7113進行初始化配置，CCD攝像機采集的PAL制式的電視視頻信號經過解碼芯片SAA7113的處理輸出ITU656，YUV422格式的數字視頻數據，該數字信號經過在FPGA上的Log算子模塊的處理達到圖像平滑、增強、檢測并定位的效果，再經FPGA分離模塊的作用，數字視頻信號分奇場FIFO和偶場FIFO兩場存儲。存儲模塊采用開發板內嵌的K4S281632O-LC75來存儲。視頻編碼模塊由FPGA按色彩空間變換公式把輸出FIFO中的數據轉換成RGB565格式。顯示模塊在串口通信模塊與FPGA的相互作用下最終在PC機上實現圖像顯現。

圖2為本實用新型數模轉換處理器的原理圖。FPGA控制模塊通過簡潔的IIC總線與采樣控制器連接可方便地構成圖像采集系統。FPGA控制模塊先對SAA7113芯片進行初始化處理，再用軟件的方式控制SAA7113進行圖像數據的采集。SAA7113支持4路模擬視頻信號輸入，采用+3.3V供電，外接24.576MHz晶體，SAA7113通過VPO總線、RTS0、RTS1、SAA7113RST、串行時鐘線SCL、串行數據線SDA與FPGA芯片進行通信。IIC總線通過數據線SDA和時鐘線SCL對SAA7113芯片進行操作。

圖3為本實用新型串口通信模塊的原理圖。串口通信模塊采用SP3232芯片，通過232_RXD、232_TXD與FPGA芯片連接進行操作。

本實用新型采用基于FPGA的實時數據采集與顯示處理方法，各部分協調運行，能夠實時輸出目標的圖像信息。Log邊緣檢測算法用硬件描述語言在FPGA上實現，從根本上提高了算法的執行速度，達到“實時采集、實時處理”及圖像去噪、檢測到較細邊緣的效果。另外，圖像在PC上顯示，可以方便觀察人員進行操作。