高速图像采集系统的设计与实现摘要：图像采集及传输技术在公共安全、工业控制、科学研宄等领域得到了广泛的应用，这些应用对系统的采集、传输速度提出了越来越高的要求。针对这些应用，提出了一种基于ARM处理器和嵌入式Linux系统的高速视频图像采集系统的硬件结构及软件设计方案，并给出了关键问题的解决方法。实验结果表明，该设计方案能够以每秒10帧的速率采集并传输图像，且生成的图像质量较好，能够满足大多数应用的要求。关键词：CCD；FPGA；图像米集；嵌入式linux中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1007-9599(2011)23-0000-02High-speedImageAcquisitionSystemDesignandImplementationHeYuchu(SichuanUniversity,Chengdu610064,China)Abstract:lmageacquisitionandtransmissiontechnologyinpublicsafety,industrialcontrol,scientificresearchandotherfieldshavebeenwidelyused,theseapplicationsonthesystem^collection,transmissionspeedshigherandhigherrequirements.FortheseapplicationsjsproposedbasedonARMprocessorsandembeddedLinuxsystems,high-speedvideoimageacquisitionsystemhardwarearchitectureandsoftwaredesignsolutions,andgivesthekeysolutiontotheproblem.Experimentalresultsshowthatthedesigncancapture10framespersecondandtransferrateoftheimage,andtheresultingimagequalityisbetterabletomeetmostapplicationrequirements.Keywords:CCD;FPGA;lmageacquisition;Embeddedlinux一、硬件电路设计本设计的硬件系统由嵌入式ARM处理器、CCD图像传感器、A/D转换器、FPGA电路、jPEG编码器等组成，其中，CCD图像传感器将光信号转换为模拟电子信号，传送给A/D转换器，A/D转换器将模拟电子信号转换为Bayer数字信号，传送给FPGA，FPGA将Bayer数字信号转换为YUV信号，传送给jPEG编码器，再由ARM控制JPEG编码器生成JPEG图像，通过网络传送给PC机保存或显示。对各部分电路的详细介绍如下：（一）CCD控制电路。CCD控制电路采用索尼公司生产的ICX205,其主要作用是将像素的光信号转换为电信号ICX205是一款1/2英寸、有效像素为145万的CCD传感器，每秒可输出图像7.5帧。其关键参数如下：水平驱动频率14.318MHz，感光区尺寸0.5英寸，有效像素1392*1040,可满足大多数应用的需求。（二）A/D转换电路。A/D转换电路的主要功能是将CCD传感器输出的模拟信号转换为数字信号。本设计选用AnalogDevice公司生产的AD9923A作为A/D转换电路，它具有12位36MHzA/D转换器，内含6-42dB可变增益放大器，是针对数字图像采集设备的前端设备。ARM微处理器通过串行接口控制A/D转换电路将CCD电路输出的模拟信号转换为数字Bayer信号，并将其输送到FPGA电路。（三）FPGA控制电路。FPGA控制电路的主要功能是将Bayer信号转换为RGB信号，再将RGB信号转换生成YUV视频信号。（四）」PEG编码电路。」PEG编码电路的主要功能是对输入的YUV视频信号进行编码，生成常用的JPEG图像本设计选用的JPEG编码芯片是ToykoElectronDeviceLimited公司生产的TE3310RPF（以下简称TE3310)芯片。TE3310是基于ISO/IEC10918-1DCTsequential方式的JPEG编码芯片，可对640x480(VGA/4：2：2）的图像进行最大135fps的高速压缩。（五）ARM控制电路。ARM是整个系统的中心控制部件，负责控制CCD电路的输出、A/D转换电路的输入输出，控制FPGA将YUV信号输送给JPEG编码芯片，并将jPEG编码芯片输出的」PEG图像数据通过网络传送给PC机达到显示和保存的目的。本设计选用Atmel公司生产的AT91RM9200微控制器。二、驱动程序设计与实现（一）驱动程序的各模块的功能。在Linux操作系统下，设备驱动程序是系统内核与机器硬件之间的接口，它为应用程序屏蔽了具体硬件的细节，使应用程序可以像操作普通磁盘文件一样操作硬件设备。系统中的驱动程序用于控制FPGA模块及jPEG编码器模块，主要完成以下六项工作：初始化TE3310控制寄存器；申请内存空间暂存jPEG数据；实现异步通知机制便于与应用层进行通信；响应应用层发出的控制TE3310启停及设置工作方式的命令；实现mmap函数把内核空间映射到用户空间便于大量数据在内核和应用层之间的传送...