現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)軟件也是層出不窮，因?yàn)槿藗儗?duì)各種需求也越來(lái)越多，軟件不僅可以幫助人們更好的工作，給人們的生活也帶來(lái)了很大的便利。圖像采集軟件有很多種，但是隨著人們要求的提高，軟件也在不斷改善中。下面小編給大家推薦了一篇軟件開(kāi)發(fā)論文范文，文章主要論述的是圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)研究。

　　摘要：目前，人們對(duì)跟蹤運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)性以及清晰度要求越來(lái)越高，但是對(duì)于這種專(zhuān)門(mén)用于細(xì)節(jié)圖像觀測(cè)的、高分辨率圖像獲取技術(shù)國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有深入研究。為解決此問(wèn)題，在系統(tǒng)硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于FPGA的圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案。完成了系統(tǒng)軟件的整體方案，主要包括基于FPGA的數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)輸出軟件設(shè)計(jì)、異步串行通信軟件設(shè)計(jì)四個(gè)部分，并對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了綜合后仿真。可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。

　　關(guān)鍵詞：軟件開(kāi)發(fā)論文范文,跟蹤,FPGA,圖像采集,軟件設(shè)計(jì)

　　Abstract： At present， the more people high on the tracking of the moving object in real time and resolution requires more and， but for this specialized for high resolution detail image observation， image acquisition technology at home have not studied further. In order to solve this problem， on the basis of systematic hardware platform， the paper proposed a design scheme of image acquisition system based on FPGA software. To complete the overall scheme of the system software， mainly including the design， data input software of FPGA data read and write the software design， software design， data output of asynchronous serial communication software design based on the four part， and each part has carried on the synthesis simulation. It can realize the image data collection.

　　Key words： Track;FPGA;Image acquisition;Software design

　　1引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)跟蹤運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)性以及清晰度的要求越來(lái)越高。比方說(shuō)人們需要知道運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的圖像信息，便于分析運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作細(xì)節(jié)，就要得到運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中清晰圖像。這些都要求有獲取飛行物體的圖像信息的工具，于是各種各樣的圖像采集系統(tǒng)誕生了[1]。

　　提出了一種基于FPGA的圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案，可以清晰的拍攝物體在運(yùn)動(dòng)中的圖像信息，而且該系統(tǒng)可以應(yīng)用在特殊的場(chǎng)合，區(qū)別于其它同類(lèi)圖像采集系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)是針對(duì)某些具體的應(yīng)用場(chǎng)合，所以大大節(jié)約了成本，不必花高成本從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)可以實(shí)現(xiàn)相同功能的同類(lèi)產(chǎn)品，同時(shí)也提高了該產(chǎn)品保密性。

　　國(guó)外在圖像應(yīng)用方面的研究工作開(kāi)展較早，尤其在圖像傳感技術(shù)和相機(jī)的研究和圖像獲取方面，已應(yīng)用在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，比方說(shuō)用NBA賽場(chǎng)，拍攝運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作畫(huà)面，還有資料表明， 美國(guó)在動(dòng)能彈的研究中也使用攝像拍攝了彈體發(fā)射瞬間的圖像。

　　國(guó)內(nèi)在這方面起步較晚， 但是對(duì)于這種專(zhuān)門(mén)用于細(xì)節(jié)圖像觀測(cè)的、高分辨率圖像獲取技術(shù)國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有深入研究。目前圖像方法還主要應(yīng)用在靜態(tài)試驗(yàn)測(cè)量中[2]。

　　2 圖像采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1圖像采集系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)

　　2.1.1 系統(tǒng)硬件平臺(tái)

　　在視頻圖像處理領(lǐng)域，作為一個(gè)平臺(tái)，可編程邏輯器件FPGA已經(jīng)非常適合于高性能低成本的視頻和圖像應(yīng)用。它可以幫助用戶(hù)靈活定制系統(tǒng)，縮短產(chǎn)品研發(fā)和更新?lián)Q代的周期，使用戶(hù)緊跟技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展潮流[3]。

　　本系統(tǒng)的核心是FPGA，用的是Altera公司的高端產(chǎn)品，內(nèi)部主要特性有內(nèi)嵌RAM塊、DSP塊、鎖相環(huán)(PLL)和外部的存儲(chǔ)器接口等，，采用了全新的邏輯結(jié)構(gòu)-自適應(yīng)邏輯塊(ALM)，增加了源同步通道的動(dòng)態(tài)相位對(duì)準(zhǔn)(DPA)電路和對(duì)新的外部存儲(chǔ)器接口的支持。還可以采用128位AES密鑰對(duì)配置文件進(jìn)行加密，保證用戶(hù)設(shè)計(jì)的安全性[4]。

　　CMOS傳感器是用來(lái)獲取外界圖像數(shù)據(jù)，把模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，由FPGA來(lái)控制其工作。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際效果，可以在軟件上設(shè)置CMOS傳感器的一些參數(shù)，比方說(shuō)曝光時(shí)間等。

　　DDR2 SDRAM用來(lái)存儲(chǔ)采集進(jìn)來(lái)圖像數(shù)據(jù)，相對(duì)于DDR2，DDR2具有更高的頻寬、更低的功耗、更好的效能，因此，DDR2 SDRAM目前正在取代DDR SDRAM，逐漸成為服務(wù)器、工作站、PC及其它專(zhuān)用系統(tǒng)的主流存儲(chǔ)器配置[5]。

　　鐵電存儲(chǔ)器FRAM用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)，主要用來(lái)存儲(chǔ)CMOS傳感器的參數(shù)。FRAM是一種非易失性的存儲(chǔ)器，無(wú)限次快速擦寫(xiě)特性使得這種產(chǎn)品十分適合于擔(dān)當(dāng)重要系統(tǒng)里的暫存記憶體。鐵電存貯器的出現(xiàn)為業(yè)界提供了一個(gè)高可靠性，而且低成本的方案[6]。

　　顯示圖像數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)采用LVDS接口進(jìn)行輸出顯示，即低壓差分信號(hào)輸出，LVDS技術(shù)是一種低擺幅的通用輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，是一種滿(mǎn)足當(dāng)今高性能數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的新型技術(shù)[7]。

　　可以通過(guò)上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試，配置系統(tǒng)參數(shù)等。 　　2.1.2 軟件方案設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)流程圖如下圖所示。

　　本系統(tǒng)的核心是FPGA，所有的工作都是圍繞FPGA展開(kāi)的，輸入輸出都是對(duì)于FPGA來(lái)說(shuō)的。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)輸出軟件設(shè)計(jì)、異步串行通信軟件設(shè)計(jì)四個(gè)部分。

　　(1) 數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)輸入的過(guò)程也就是FPGA讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程，F(xiàn)PGA從CMOS傳感器讀取數(shù)據(jù)，還完成FPGA對(duì)CMOS傳感器的時(shí)序控制、參數(shù)控制。

　　CMOS傳感器本省已經(jīng)把模擬的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，F(xiàn)PGA從CMOS傳感器讀取的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。CMOS傳感器的工作時(shí)序由FPGA產(chǎn)生，也就是說(shuō)由FPGA控制CMOS傳感器的工作時(shí)序。另外，CMOS傳感器的工作參數(shù)也是由FPGA產(chǎn)生的，比如說(shuō)曝光時(shí)間等，借助于PC機(jī)通過(guò)RS-232通訊協(xié)議根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行效果進(jìn)行在線調(diào)試。

　　(2) 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)軟件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)從CMOS傳感器讀進(jìn)來(lái)之后，需要把這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，系統(tǒng)采用DDR2 SDRAM，F(xiàn)PGA把讀進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR2 SDRAM，然后再讀出來(lái)輸出，也就是說(shuō)，DDR2 SDRAM起到緩存的作用。另外，系統(tǒng)還要完成讀寫(xiě)鐵電存儲(chǔ)器FRAM，系統(tǒng)主要利用FRAM對(duì)CMOS傳感器的參數(shù)進(jìn)行配置，即FPGA事先把參數(shù)存儲(chǔ)到FRAM中，然后根據(jù)系統(tǒng)需要，再把這項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)讀出來(lái)，配置CMOS傳感器。

　　(3) 數(shù)據(jù)輸出軟件設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)的輸出部分，也就是顯示圖像部分，顯示器的工作時(shí)序由FPGA產(chǎn)生，也就是產(chǎn)生像素頻率、行頻率、場(chǎng)頻率，根據(jù)這些時(shí)序輸出數(shù)據(jù)。而且顯示的圖像是灰度圖像。

　　(4) 異步串行通信軟件設(shè)計(jì)

　　異步串行通信軟件設(shè)計(jì)部分，實(shí)際上是FPGA和PC機(jī)之間通過(guò)RS-232串口通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也就是說(shuō)通過(guò)PC機(jī)可以往FPGA里傳輸數(shù)據(jù)，還可以接受FPGA傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)PC機(jī)在線調(diào)試本系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用RS-232串口通信協(xié)議的主要目的是配置CMOS傳感器。

　　3 應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)

　　3.1數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計(jì)思想的驗(yàn)證

　　上圖是通過(guò)Quartus II內(nèi)嵌的SignalTap II對(duì)CMOS傳感器的工作情況進(jìn)行的在線邏輯分析驗(yàn)證的結(jié)果，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以看到FPGA和CMOS傳感器之間的關(guān)聯(lián)信號(hào)時(shí)序是否正確。其中，D_D就是FPGA從CMOS傳感器讀進(jìn)來(lái)的一百位數(shù)據(jù)，表示十個(gè)像素，CMOS傳感器把采集進(jìn)來(lái)的模擬圖像數(shù)據(jù)變成了數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。驗(yàn)證了數(shù)據(jù)輸入軟件設(shè)計(jì)思想的正確性。

　　3.2異步串行通信軟件設(shè)計(jì)思想驗(yàn)證

　　把寫(xiě)好的異步串行通信軟件的代碼下載到FPGA后，在上位機(jī)上打開(kāi)串口調(diào)試助手，向FPGA發(fā)送“11H 01H 30H”三個(gè)八位數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA也返回同樣的三位數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了異步串行通信軟件設(shè)計(jì)思想的正確性。能對(duì)系統(tǒng)的曝光時(shí)間進(jìn)行在線設(shè)置。

　　4 結(jié)論

　　研究的系統(tǒng)為圖像采集系統(tǒng)，負(fù)責(zé)研究該系統(tǒng)的軟件編程部分，在硬件電路搭建好的基礎(chǔ)上研究圖像采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，在硬件上系統(tǒng)主要由FPGA、CMOS傳感器、DDR2 SDRAM、鐵電存儲(chǔ)器FRAM、顯示器幾個(gè)部分構(gòu)成，系統(tǒng)的核心是FPGA，在功能上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示以及能夠通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行在線配置系統(tǒng)參數(shù)。所提出的軟件設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 張三喜.高速攝像及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

　　[2] 朱志剛.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

　　[3] 劉凌胡，永生譯.數(shù)字信號(hào)處理的FPGA實(shí)現(xiàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

　　[4] 徐志軍，徐光輝，等.CPLD/FPGA的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

　　[5] DDR2 Simulation Support[DB/OL].

　　[6] 周志剛，等.鐵電存儲(chǔ)器研究進(jìn)展[J].信息記錄材料，2002， 2(1)：35-62.

　　軟件開(kāi)發(fā)論文發(fā)表期刊推薦《軟件學(xué)報(bào)》是一本刊登計(jì)算機(jī)軟件各領(lǐng)域原創(chuàng)性研究成果的期刊,所刊登的論文均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的同行專(zhuān)家評(píng)議。《軟件學(xué)報(bào)》主要面向全球華人計(jì)算機(jī)軟件學(xué)者,致力于創(chuàng)辦與世界計(jì)算機(jī)科學(xué)和軟件技術(shù)發(fā)展同步的以中文為主的"中文國(guó)際軟件學(xué)術(shù)期刊", 為全球華人同行提供學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。