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伴随半导体技术的发展,视频图像采集处理技术日臻成熟,其在视觉检查、自动探伤、测量与检测、自动识别等领域得到广泛应用。本文针对运行在350KM/H的高速列车,建立实时状态监测的高帧率、高分辨率图像采集与处理系统。项目采用300fps的高速工业相机,以满足对350KM/H运行的高速列车清晰稳定成像。同时采用片上系统(SoC)处理高速工业相机产生的大量视频图像数据,以满足该项目要求的体积小、成本低、可二次开发和实时性好等特点。本文研究的片上实时图像采集与处理系统分为图像采集、存储及显示三部分。首先,根据项目要求计算出相机及相机接口参数,得出系统采用300fps、分辨率为640*480的CMOS高速工业相机与Camera Link相机接口。CMOS高速工业相机具有高帧率、高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等特性,使它较之传统民用相机(摄影机)在高速列车图像采集处理系统中应用更有优势。相机接口方面,Camera Link相机接口采用多对差分信号并行传输,具有极好的抗干扰能力和传输带宽。项目在研究CameraLink原理基础上选择元器件型号,并绘制了相应原理图和PCB,最后调试验证了相机接口功能,采集到符合项目要求的高清图片数据。其次,项目采用片上系统实现数据实时处理。高速高清图像采集与显示系统中需处理大量数据,且要求处理系统体积小、实时性好。项目选择核心器件为Virtex-5-LX110T的Xilinx公司现场可编程门阵列(FPGA)处理平台,由于FPGA的采样速率高和并行处理特性,特别是现有FPGA芯片内开始嵌入高性能乘加器模块阵列(DSP运算核),使得FPGA平台完全胜任图像采集与处理工作。在数据存取部分,系统采用DDR2SDRAM实现大量数据的高速存取,通过Xilinx的MIG IP核生成的控制器控制DDR2SDRAM完成图片数据存取。最后,在数据采集与存取的基础上,实现片上系统的实时显示功能。选择了失真小、传输快、画面更清楚流畅、刷新更快的DVI显示方式。在研究DVI显示原理基础上,使用Verilog语言设计12C主模块配置DVI驱动器件CH7301C内部寄存器,实现了图像实时显示技术。