基于FPGA/USB的CMOS图像采集及数据传输系统设计

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在当今信息化的时代，在机器获取现实世界信息方面，图像由于具有信息面全、直观、方便直接的特点而受到广泛的研究。图像采集与处理系统在工业检测、智能控制、医学成像、安全监控、航空航天等方面得到了广泛的应用。人们在图像获取渠道上不断的提升图像传感器的性能，改进图像获取的硬件组件与系统结构；同时在图像的处理上提出一系列的新型或是改进的处理技术来改进图像的处理质量与处理速度，以便能够满足当前应用对图像质量、实时性能、精准控制等方面的要求。

现有的图像传感器芯片有CCD和CMOS两种类型。CCD图像传感器具有良好的性能，但其外部电路复杂，不适合于低成本系统；而随着CMOS集成电路工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到了快速的发展，与CCD相比，它具有制造工艺成熟、易集成、低成本、低功耗、体积小以及使用简单等优点。随着集成电路工艺技术的提高，CMOS图像传感器在分辨率、噪声等方面都有显著的改善，使得它在越来越多的领域上得到应用，它适用于低功耗的小型图像采集系统。

目前大量的图像采集系统采用CPLD或者单片机作为图像采集的时序控制接口，如文献，或者是用DSP作为图像处理的主处理器，如文献。这二者在各自的方面都有各自的优势，但它们的专用性太强，CPLD与单片机在时序控制方面有优势而图像处理能力弱，DSP则是图像处理能力强而时序控制能力差。FPGA是介于专用集成电路与原有的可编程逻辑器件之间的一种半定制电路器件。它具有丰富的I／O接口、低功耗、兼容CMOS和TTL电平、可重复擦写，易于在线调试等优点，可以使系统开发具有周期短，风险小，费用低的优点。它的时序控制能力强，在并行处理的算法方面具有较大优势，具有较强的图像处理能力，同时在嵌入式系统方面的应用也具有较好的前景。

USB总线接口技术是一种PC与外围设备进行高速通信的接口，它具有可以即插即用、连接方便简单、易于扩展外围设备以及高速传输等优点，适用于有大量数据传输的场合，满足图像传输数据量大的特点，同时作为一种通用串行总线，它的使用使得系统能够被移植到更多的应用场合当中。