一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，属于图像处理与采集技术领域。本系统包括：光学镜头，CCD信号采集模块，CCD时序驱动电路，A/D采样模块等部件；光学镜头与CCD信号采集模块相连，再连接A/D采样模块，最后与FPGA芯片连接，FPGA连接CCD时序驱动电路,对CCD信号采集模块进行驱动，GPS模块与LCD显示模块分别与FPGA和ARM相连接，ARM再与上位机相连接。FPGA外设添加一片SRAM作为FPGA的扩展RAM用,ARM外设配合4片DDR3保证数据的吞吐能力。数据最终存储在一片eMMC保证了节点站可以满足长时间大量数据的存储要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统
本技术涉及一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，属于图像处理与采集

技术介绍
随着当今社会的快速发展和进步，人们的时间观念越来越强，因此对时间的要求就会越来越高，尤其是要提高系统的工作效率，以及获取信息的精准性。随着图像处理技术的发展，基于图像信息的测量技术在工业、航空等领域广泛应用例如随着对海洋竞争的加剧，美国科学家提出了数字海洋的理念，它利用现有的技术对海洋的各种数据进行测量和处理，通过对获取的各种信息进行分析研究完成对海洋的驾驭，要求高精度同步采集多路摄像机拍摄的高清图像，进行信息提取和测量分析。测量对采集记录设备的一个关键技术指标是：图像具有高精度的时间同步性。近年来，GPS（GlobalPositioningSystem，全球卫星定位系统）以其高精度、全天候、全天时的特点，在定位、导航、测距、授时遥感等领域广泛应用，并得到了快速的发展。对于在低功耗、高便携性和高性能设备上实现GPS数据采集和分析技术也显得越发重要并迅速的应用到各个领域。CCD应用技术已成为集光学、电子学精密机械与计算机技术一体的综合技术，在现代光学、光电检测技术和现代检测
中硕果累累,但现有技术中还没有将GPS技术、CCD应用技术结合到图像处理应用中。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，利用现场可编程门阵列（FPGA）作为主控器，FPGA将接收来自A/D采样模块采集到的图像数据与本地GPS芯片采集到的时间戳进行数据合并,ARM嵌入式系统对合并后数据进行实时分析与存储，在PC端对各节点设备数据进行汇总并根据时间戳对齐，最终得到同步后的分布式图像数据,实现了远距离、大范围地球物理同步节点的图像数据采集。本技术采用的技术方案是：一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，包括光学镜头，CCD信号采集模块，CCD时序驱动电路，A/D采样模块，FPGA芯片，SRAM，EPCS，GPS模块，ARM芯片，LCD显示模块，DDR3，eMMC,上位机；光学镜头与CCD信号采集模块相连，CCD信号采集模块的输出端与A/D采样模块的输入端连接，A/D采样模块的输出端与FPGA芯片连接，CCD信号采集模块的输入端与CCD时序驱动电路的输出端连接，CCD时序驱动电路的输入端与FPGA芯片连接，FPGA芯片同时与GPS模块、EPCS、ARM芯片连接，FPGA芯片外设添加一片SRAM作为FPGA的扩展RAM用,ARM再与上位机相连接,ARM芯片与LCD显示模块、DDR3、eMMC连接，ARM芯片外设配合4片DDR3保证数据的吞吐能力,数据最终存储在一片eMMC，保证了节点站可以满足长时间大量数据的存储要求。所述的CCD信号采集模块采用的CCD芯片为ICX098BQ。所述的A/D采样模块采用的A/D芯片为AD9842。所述的FPGA芯片为CycloneVEP5CEBA4F17C。所述的ARM芯片为具有低功耗性能优化ARMCortex-A9的ARMExynos4412。所述的SRAM为容量为的8MB异步SRAM,为FPGA芯片提供共性能的外围储存RAM，所述的SRAM设计使用双RAM乒乓缓存采集到的数据，所述的乒乓缓冲结构相当于一个双口的RAM。所述的GPS模块采用GARMIN公司的GPSOEM板，型号为GPS15XL-W，所述的GPS模块通过天线接收多颗卫星传来的定位及时间数据，通过串口将数据送出，并产生PPS秒脉冲。所述的DDR3选用四片256MByte的DDR3为ARM提供充足的缓存空间。本技术的工作原理是：每个采集节点设备配有单独的电池供电，摆脱电缆的限制，CCD应用技术结合GPS时钟同步技术，FPGA芯片将接收来自A/D采样模块采集到的数据与本地GPS模块采集到的时间戳进行数据合并，ARM芯片嵌入式系统对合并后数据进行实时分析与存储，在上位机对各节点设备数据进行汇总并根据时间戳对齐，最终得到同步后的分布式图像数据，实现了远距离、大范围的同步节点的数据采集。在采集数据后插入GPS模块精准授时的时间戳存储在设备内的存储器中，存储器可以持续的数据采集。本技术的有益效果为：数据采集过程当不受传输电缆长度的限制、能够实时处理和保存数据、时钟同步。附图说明图1为本使用新型的系统结构示意图；图2为本使用新型的数据处理逻辑流程图示意图；图3为本使用新型的双RAM乒乓缓存结构示意图；图4为本使用新型的程序设计流程示意图；图5为本使用新型的对齐数据流程示意图。具体实施方式下面结合附图何具体实施方式，对本技术作进一步地说明。实施例1：如图1-5所示，一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，包括光学镜头，CCD信号采集模块，CCD时序驱动电路，A/D采样模块，FPGA芯片，SRAM（静态随机存储器，所述的SRAM设计使用双RAM乒乓缓存采集到的数据），EPCS（串行存储器,FPGA配置数据和NiosII程序都存放在EPCS器件中），GPS模块，ARM芯片，LCD显示模块，DDR3（DDR3是一种计算机内存规格。它属于SDRAM家族的内存产品，提供了相较于DDR2SDRAM更高的运行效能与更低的电压，是DDR2SDRAM(四倍资料率同步动态随机存取内存)的后继者(增加至八倍)，也是现时流行的内存产品规格），eMMC（EmbeddedMultiMediaCard,为MMC协会所订立的、主要是针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格）,上位机；光学镜头与CCD信号采集模块相连，CCD信号采集模块的输出端与A/D采样模块的输入端连接，A/D采样模块的输出端与FPGA芯片连接，CCD信号采集模块的输入端与CCD时序驱动电路的输出端连接，CCD时序驱动电路的输入端与FPGA芯片连接，FPGA芯片通过CCD时序驱动电路,对CCD信号采集模块进行驱动，FPGA芯片同时与GPS模块、EPCS、ARM芯片连接，FPGA芯片外设添加一片SRAM作为FPGA的扩展RAM用,ARM再与上位机相连接,ARM芯片与LCD显示模块、DDR3、eMMC连接，ARM芯片外设配合4片DDR3保证数据的吞吐能力,数据最终存储在一片eMMC，保证了节点站可以满足长时间大量数据的存储要求。进一步地，所述的CCD信号采集模块采用的CCD芯片为ICX098BQ。进一步地，所述的A/D采样模块采用的A/D芯片为AD9842。进一步地，所述的FPGA芯片为CycloneVEP5CEBA4F17C。进一步地，所述的ARM芯片为具有低功耗性能优化ARMCortex-A9的ARMExynos4412。所述的SRAM为容量为的8MB异步SRAM,为FPGA芯片提供共性能的外围储存RAM，所述的SRAM设计使用双RAM乒乓缓存采集到的数据，所述的乒乓缓冲结构相当于一个双口的RAM。所述的GPS模块采用GARMIN公司的GPSOEM板，型号为GPS15XL-W，所述的GPS模块通过天线接收多颗卫星传来的定位及时间数据，通过串口将数据送出，并产生PPS秒脉冲。所述的DDR3选用四片256MByte的DDR3为ARM提供充足的缓存空间。本技术中节点站由12V的蓄电池供电，以现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，其特征在于:包括光学镜头，CCD信号采集模块，CCD时序驱动电路，A/D采样模块，FPGA芯片，SRAM，EPCS，GPS模块，ARM芯片，LCD显示模块，DDR3，eMMC,上位机；光学镜头与CCD信号采集模块相连，CCD信号采集模块的输出端与A/D采样模块的输入端连接，A/D采样模块的输出端与FPGA芯片连接，CCD信号采集模块的输入端与CCD时序驱动电路的输出端连接，CCD时序驱动电路的输入端与FPGA芯片连接，FPGA芯片同时与 GPS模块、EPCS、ARM芯片连接，FPGA芯片外设添加一片SRAM作为FPGA的扩展RAM用, ARM再与上位机相连接, ARM芯片与LCD显示模块、DDR3 、eMMC 连接，ARM芯片外设配合4片 DDR3 保证数据的吞吐能力,数据最终存储在一片 eMMC，保证了节点站可以满足长时间大量数据的存储要求。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，其特征在于:包括光学镜头，CCD信号采集模块，CCD时序驱动电路，A/D采样模块，FPGA芯片，SRAM，EPCS，GPS模块，ARM芯片，LCD显示模块，DDR3，eMMC,上位机；光学镜头与CCD信号采集模块相连，CCD信号采集模块的输出端与A/D采样模块的输入端连接，A/D采样模块的输出端与FPGA芯片连接，CCD信号采集模块的输入端与CCD时序驱动电路的输出端连接，CCD时序驱动电路的输入端与FPGA芯片连接，FPGA芯片同时与GPS模块、EPCS、ARM芯片连接，FPGA芯片外设添加一片SRAM作为FPGA的扩展RAM用,ARM再与上位机相连接,ARM芯片与LCD显示模块、DDR3、eMMC连接，ARM芯片外设配合4片DDR3保证数据的吞吐能力,数据最终存储在一片eMMC，保证了节点站可以满足长时间大量数据的存储要求。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，其特征在于：所述的CCD信号采集模块采用的CCD芯片为ICX098BQ。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA与ARM的同步图像采集系统，其特征在于：所述的A/D采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，刘瑞敏，杨燕平，王兴隆，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南,53