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随着科技的发展,高清高帧数字图像采集与处理系统在工业、军事、医疗、航天等领域得到了广泛的应用,作为数字图像系统设计的重点,传感器的开发与测试对于产品的研发生产至关重要。本文设计了一款以高清高帧COMS图像传感器为采集前端,以Zynq系列ARM+FPGA单芯片做处理平台,将FPGA和ARM各自的优势结合到图像处理系统中,提高了设计效率和灵活性,可扩展性强,研究价值很高,非常适合现在性能及功能需求日益增加的嵌入式图像处理平台设计中。在传统的图像采集系统设计中,从计算性能的角度考虑,FPGA是作为图像采集系统主控的理想方案,但是完整的图像采集系统不仅需要强大的计算能力,也需要数据处理、网络传输、图像显示等其他功能,CPU的功能在图像采集系统中的作用就显得尤为重要。Xilinx公司推出的Zynq-7000系列提供了“ARM+FPGA”单片解决方案,既能通过FPGA获得较高的计算能力,也能依靠ARM处理器完成更为复杂的应用。本文设计了基于Zynq的高清高帧CMOS图像采集系统。采用Verilog硬件描述语言设计了CMOS传感器的驱动模块和图像采集模块,并搭建了整个系统的硬件平台,包括FPGA和ARM的数据传输通道,作为FPGA的主程序和ARM处理器的可扩展外设。ARM软件平台中嵌入了Linux系统,设计了FPGA外设驱动和网络通信功能。上位机程序采用C/C++语言编写,通过Qt平台进行界面开发,实现了图像的实时接收与显示。经测试,传感器为16通道模式,分辨率为2048×1088,主时钟为24MHz,图像采集速率达到3840Mbps,采集帧率为170fps,实现图像高帧采集。图像上传帧率为14fps,上位机中实现了图像的高清实时显示。本设计运用Zynq平台,利用单芯片结合了ARM和FPGA各自的优势,提高了设计的效率和系统的性能,在嵌入式图像系统设计中具有很高的研究价值。