基于FPGA的线阵CCD图像采集与处理系统设计

常见色选机CCD图像采集与处理系统采用FPGA图像采集加CPU/DSP软件串行处理图像方案。本文针对该方案系统复杂、处理速度不能满足高实时性要求等缺点,提出将线阵CCD数字图像采集与图像处理集成在同一块现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片上的方案。该方案简化了CCD图像采集与处理系统,利用硬件描述语言实现的色选算法,因其具有的并行特点,处理速度更快,能够满足更高实时性需求。本文首先设计制作了线阵CCD图像采集与处理系统硬件电路平台。经调试,硬件电路板正常运行。其次,本文完成了线阵CCD数字图像采集模块FPGA逻辑设计。利用Verilog HDL硬件描述语言在FPGA片内实现数字电路,驱动线阵CCD图像传感器及其专用模数转换器,采集被拍摄物体数字图像信号。通过在线实时调试,验证了采集模块逻辑设计的正确性。再次,本文完成了线阵CCD数字图像缓存与显示逻辑设计。设计SDRAM控制器实现图像缓存。设计VGA显示控制器实现线阵图像显示。经试验调试,验证了图像缓存与显示模块逻辑设计的正确性。最后,本文完成了线阵CCD数字图像中值滤波和色选算法逻辑设计。利用硬件描述语言实现中值滤波器。根据油茶果颜色特征相关研究结果,在FPGA片内实现油茶果色选算法。经仿真验证,准确识别出油茶果的内壳、外壳和籽,达到了预期的设计目标。从试验调试、仿真验证结果可以得到以下的结论:(1)基本实现了课题中油茶果色选机对图像采集和图像处理、识别的设计目标。(2)验证了在同一片FPGA芯片内实现线阵CCD图像采集和油茶果色选图像处理算法方案的可行性。(3)利用Verilog HDL硬件实现图像处理算法,相比基于CPU/DSP等平台软件实现图像处理算法,在处理速度上有较大优势。