[發明專利]基于Zynq高清高幀圖像采集和處理系統

在審

• 申請號: 201910457652.0
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110049294A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 鄭曉宇
• 申請（專利權）人: 鄭曉宇
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N5/232;H04N5/225
• 代理公司: 北京勁創知識產權代理事務所(普通合伙) 11589
• 代理人: 陸瀅炎

本發明公開了基于Zynq高清高幀圖像采集和處理系統，包括CMOS圖像采集模塊、FPGA模塊、ARM處理器模塊和計算機顯示終端，CMOS圖像采集模塊，作為整個系統的圖像采集前端，采用CMV2000圖像傳感器，負責將圖像信息轉換成數字信號傳入到FPGA中進行下一步的處理，Zynq處理平臺芯片硬件的核心本質就是將雙核ARM Cortex?A9處理器系統作為主系統，緊密結合28nm集成電路工藝，具有強大的配置功能和可擴展能力，雙核ARM處理器不僅可以在開機時啟動獨立于可編程邏輯的操作系統，還可以根據需要配置可編程邏輯，內部基于AMBA協議的AXI高速互連通道解決了數據和儲存之間的傳輸瓶頸問題；且利用Zynq平臺可以運用成熟的千兆以太網解決方案，可編程邏輯也給開發人員提供足夠的靈活性。

技術領域

本發明屬于圖像采集和處理系統技術領域，具體涉及基于Zynq高清高幀圖像采集和處理系統。

背景技術

隨著現代數字圖像技術的快速發展，圖像采集與處理系統在工業生產、醫療、航空、軍事等領域上的應用越來越廣泛，作為圖像采集與處理的基礎，高速高清圖像采集與傳輸技術也成為越來越重要的研究方向。由于圖像質量不斷提高，圖像采集、處理和傳輸所要操作的數據量也必將成倍的增加，難度也大大增加，所以如何實現這些數據的高速準確采集和傳輸成為系統設計的關鍵。高清高幀圖像采集是進行后續處理工作的前提，圖像的幀率與清晰度是圖像處理系統設計的關鍵所在。

現有的圖像采集和處理系統配置功能和可擴展能力比較弱，且在開機時不能根據需要配置可編程邏輯，內部數據和儲存之間的傳輸也存在瓶頸，使開發人員在進行開發時不能靈活進行編程開發的問題，為此我們提出基于Zynq高清高幀圖像采集和處理系統。

發明內容

本發明的目的在于提供基于Zynq高清高幀圖像采集和處理系統，以解決上述背景技術中提出的現有的圖像采集和處理系統配置功能和可擴展能力比較弱，且在開機時不能根據需要配置可編程邏輯，內部數據和儲存之間的傳輸也存在瓶頸，使開發人員在進行開發時不能靈活進行編程開發的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：基于Zynq高清高幀圖像采集和處理系統，包括CMOS圖像采集模塊、FPGA模塊、ARM處理器模塊和計算機顯示終端，圖像采集和處理流程包括如下步驟：

步驟一：CMOS圖像采集模塊，作為整個系統的圖像采集前端，采用CMV2000圖像傳感器，負責將圖像信息轉換成數字信號傳入到FPGA中進行下一步的處理，通過串行SPI總線接口接收由FPGA發送的控制指令，來修改圖像的增益、像素位數等參數。

步驟二：FPGA模塊負責配置CMOS圖像傳感器和控制圖像采集前端，進行圖像數據的串并轉化及數據預處理，并對通過VDMA組件將圖像數據傳送到Zynq-7000 PS部分的DDR中，作為圖像緩存。

步驟三：ARM處理器模塊嵌入Linux系統，應用程序包括VDMA驅動程序和Socket通信程序，主要完成驅動程序調用，采集數據到用戶空間緩沖區，利用Socket通信通過千兆網口與上位機通信，發送實時的圖像數據。

步驟四：計算機顯示終端，接收來自開發板緩存的圖像數據并進行實時顯示。

優選的，所述FPGA模塊稱為可編程邏輯，FPGA部分的內部資源和結構與7系列的FPGA一樣，處理器系統包含了一個雙核Cortex-A9處理器，集成了內存控制器和大量的外設接口，FPGA為可定制擴展，PS和PL均可獨立運行，也可以通過平臺內部豐富的互聯總線使處理器系統和可編程邏輯聯合使用。

優選的，所述CMV2000圖像傳感器最大分辨率2048×1088，最高幀率340fps，每像素轉換成10bits或12bits，16路低壓差分(LVDS)數據通道，1路LVDS時鐘、1路LVDS控制信號，每路通道數據最大傳輸速率480Mbps，最大圖像采集速率7680Mbps。