基本信息
- 项目名称：
- 基于ARM+FPGA的视频数据采集装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品设计了基于32位ARM7+FPGA的图像处理硬件平台和基于μCOS-II 实时操作系统的图像处理软件平台，以低廉的成本和良好的实时性实现了高速图像处理。 系统利用FPGA强大并行性、可重构特性以及其丰富的逻辑资源，做数据量大，计算复杂度简单的图像处理；利用ARM7其强大的计算能力来处理计算复杂度高、数据量小的图像处理。本装置成本低、体积小、实时性高、有可重构性，有着非常好的产业化前景。
- 详细介绍：
- 1原理：现代化生产和科学研究对图像采集系统的要求日益提高，传统的图像处理平台成本高、实时性低、处理功能简单，不能很好的满足用户多样化的应用要求。故本作品设计了基于32位的ARM7+FPGA的图像处理平台。 2创新点： (1)系统利用FPGA强大并行特性、可重构特性以及丰富的逻辑资源，做数据量大，计算复杂度简单的图像处理，比如格式转换和图像灰度化，中值滤波等。 (2)利用ARM7其强大的计算能力来处理计算复杂度高、数据量小的图像处理，比如边沿检测，轮廓提取等。 3关键技术：本作品设计了基于32位的ARM7+FPGA的图像处理硬件平台,和基于μCOS-II实时操作系统的图像处理软件平台，以低廉的成本和良好的实时性实现了高速图像处理。 4市场前景： 本装置成本低、体积小、实时性高、有可重构性，有着非常好的产业化前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品以低成本的32 位的ARM7单片机＋FPGA 架构，在μCOS-II 实时操作系统环境下设计了嵌入式的数据采集系统，创新点在于提出图像处理的“CMOS摄像头+FPGA+ARM”体系的可行性，并用硬件系统实现；使用FPGA作为系统的控制中心，实现图像的采集和处理，减少了硬件器件的使用，实现了系统小型化；充分利用FPGA内部丰富的逻辑资源，实现简单的预处理功能，减轻了ARM进行高级处理时的负担。
科学性、先进性
- 本系统对于图像底层处理，在高速图像采集系统中用FPGA 实现，采用HDL 编写图像处理算法，HDL 设计灵活、编程方便，易于在FPGA 中实现并行运算和流水线结构；对于图像高层处理，由ARM 单片机软件实现，基于ARM＋FPGA 架构的图像数据采集系统，体积小，成本低，能满足一般工业控制场合的应用要求。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 可以
作品可展示的形式
- 实物、产品、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.具有标准VGA 视频数据输出接口，可以方便地连接标准的显示器，实现。采集的视频数据直接显示。 2.可以采用USB 接口的移动存储器存储采集的数据。 3.具有以太网接口，可以方便地连接互联网及局域网，实现视频数据的网络传输。 4.具有PS/2 接口，可以热拔插计算机标准键盘及鼠标。便于用户操作设置系统。 5.图像数据处理速度达到26fps＠640×480。
同类课题研究水平概述
- 1.图像采集卡+PC 2. USB摄像头+PC 3. USB摄像头+ARM 4. CMOS+ARM 5. CMOS+FPGA+DSP 6. CMOS+FPGA+ARM 7. CCD+FPGA+ARM 方案1 PC机使用的要求比较高，并且处理效率一般，成本比较大。但实现容易，适合要求不高的一般领域。 方案2、3使用USB接口，能够方便设备的安装，但是由于USB摄像头采集的分辨率低，质量差，比较适合于安装调试方便，但对质量要求不高的领域。 方案4 用ARM直接接收来自摄像头的数据，同时进行处理，对ARM来说是一种负担，不推荐使用。 方案5、6 则用于高速度，并且对体积和功耗都有较高要求的图像采集和处理系统中，采集系统几乎全部的逻辑运算和控制都可以交给FPGA来完成，并且可以同时完成图像处理部分的底层算法；DSP则在数字信号处理方面有优秀的表现；ARM作为一款32位处理器，能够进行高级阶段的各种算法与控制，能够满足用户的要求。 方案7 CCD采集得来的图像数据的分辨最高，且速度最快，但是本系统对图像的要求暂时不需要求达到很高的标准，所以暂不考虑。
