基于FPGA的嵌入式图像采集卡的研究的任务书.docx

基于FPGA的嵌入式图像采集卡的研究的任务书

一、研究背景及意义：

随着图像处理技术的不断发展，图像采集卡的应用越来越广泛。目前，市面上主流的图像采集卡均采用FPGA芯片作为核心处理器，可实现高速、高精度的图像采集和处理。因此，基于FPGA的嵌入式图像采集卡的研究和开发有着重要的意义。

本课题研究的是基于FPGA的嵌入式图像采集卡，它具有体积小、功耗低、性能稳定等特点，可以广泛应用于医疗影像、工业视觉、安防监控、航空航天等领域。

二、研究内容和任务：

1.分析图像采集卡的工作原理和体系结构，设计基于FPGA的嵌入式图像采集卡的硬件电路；

2.熟悉并运用VerilogHDL进行FPGA硬件设计，并采用QuartusII进行FPGA逻辑仿真和布局布线；

3.学习并运用C语言进行嵌入式软件设计，熟悉FPGA与ARM的通信方式，编写FPGA控制器程序；

4.完成FPGA图像采集模块的逻辑设计，包括图像存储器、时序发生器、图像传输接口等；

5.设计图像信号预处理模块，包括噪声过滤、图像增强等功能；

6.研究基于DSP的图像处理算法，如图像的滤波、分割、特征提取等，设计实现图像处理模块；

7.综合硬件电路和软件程序，完成基于FPGA的嵌入式图像采集卡的设计和实现，进行功能测试和性能评估，检验其实用性和可靠性。

三、研究方法和步骤：

1.硬件电路设计：了解图像采集卡的原理和FPGA芯片的特点，设计采集卡的硬件电路，包括图像采集模块、时钟发生器、图像存储器、图像传输接口等；

2.逻辑设计：采用VerilogHDL进行FPGA逻辑设计，包括采集模块控制逻辑、图像存储器控制逻辑、时序控制逻辑等；

3.FPGA布局布线：采用QuartusII对逻辑设计进行仿真分析和布局布线，完成逻辑设计的实现；

4.软件设计：使用C语言进行嵌入式软件设计，编写控制器程序，实现硬件电路与软件的通信和控制；

5.图像预处理算法设计和实现：实现噪声过滤、图像增强等预处理功能，并研究基于DSP的图像处理算法实现图像滤波、分割、特征提取等功能；

6.集成测试：将硬件电路和软件程序进行集成测试，检测硬件与软件的兼容性和稳定性，完成图像采集卡的功能测试和性能评估。

四、预期成果：

1.基于FPGA的嵌入式图像采集卡的硬件电路设计和实现；

2.基于FPGA和ARM的图像采集和处理控制器程序；

3.实现图像信号预处理和基于DSP的图像处理算法；

4.完成基于FPGA的嵌入式图像采集卡的功能测试和性能评估报告。

五、研究计划：

第一阶段（1-2周）：熟悉图像采集卡的工作原理和体系结构，学习VerilogHDL和QuartusII的基本使用方法。

第二阶段（3-4周）：设计硬件电路，编写VerilogHDL代码并进行仿真分析和布局布线，完成FPGA逻辑设计。

第三阶段（5-6周）：编写嵌入式软件程序，实现FPGA与ARM的通信和控制，完成FPGA控制器程序的编写。

第四阶段（7-8周）：设计图像信号预处理模块，包括噪声过滤、图像增强等功能，并完成基于DSP的图像处理算法的研究。

第五阶段（9-10周）：综合硬件电路和软件程序，进行集成测试和功能调试，完成基于FPGA的嵌入式图像采集卡的设计和实现。

第六阶段（11-12周）：进行性能评估和实验验证，撰写论文和报告，准备答辩。