圖像處理系統硬件設計

劉 莉

（遼寧科技大學，遼寧 鞍山 114044）

圖像采集系統在日常生活、軍事、工業生產、科研中的作用越來越大.而紙幣清分、目標跟蹤、干線交通監視等應用也極大地促進了實時圖像處理技術的發展。TMS320系列為代表的高性能DSP在實時圖像處理中也獲得了廣泛應用[1]，由于圖像處理的數據量大,數據處理相關性高,并且具有嚴格的幀、場時間限制,如果能通過對DSP和CPLD進行軟件編程來控制數據采集頻率，充分發揮其性能就成為提高整個系統性能的關鍵。本文介紹的是基于TMS320DM642的一種圖像采集方法[2]。

1 硬件設計整體結構

紙幣圖像識別需要依賴于一個穩定可靠、實時性高、抗干擾能力強的硬件系統，這樣才能夠減輕識別算法的負擔，更好的實現整個系統的性能。紙幣圖像識別的整個系統硬件結構框圖如圖1：

從圖中可以看到：接口電路以上的部分為紙幣圖像識別系統，以下部分為主控部分。紙幣圖像采集系統又分成圖像采集和DSP其它外設模塊部分。其中圖像采集包括光源、CIS傳感器、偏值電路、放大電路、A/D變換、CPLD，它所實現的功能是將紙幣通過傳感器。

圖1 系統硬件結構框圖

采樣、量化后將數據傳給DSP的VPort接口。DSP的其它模塊包括EMIF接口上的FLASH和SDRAM，用來實現程序和數據的存儲；I2C接口上的EEPROM，用來實現參數的存儲；McBSP接口與UART通信，這樣可以與PC機進行通信，實現實時監測；EMU接口在開發過程中實現了在線仿真、調試功能。

2 圖像采集系統工作原理

圖2給出了圖像采集接線圖,通過CIS圖像傳感器采集出物體模擬圖像信號，并將其轉換為電信號，然后將放大的模擬信號經過模數轉換器AD9822轉換成為標準的數字信號,送入CPLD緩存，最后通過EDMA通道輸入到DSP的RAM中，在DSP中進行圖像處理和識別[3]。

CPLD是圖像采集的核心，它控制了整個采集過程的時序。當主機檢測到物體后會向CPLD發送一個幀同步信號SYN，在此同時物體會在傳感器的垂直方向上發生移動，主機檢測到這個移動量并發送給CPLD[4]，這個信號就為物體的行同步PLU。

根據控制相應管腳的低電平來控制光源。SP為CIS傳感器的行同步信號，CP為每個像素的時鐘同步，SIG是采樣后的模擬量輸出。每當SP發生從高到低的變化，CIS傳感器會檢測到這個變化，重新計算CP的個數，每收到一個CP時鐘信號，就會把相應的傳感器件采樣得到的電平通過SIG管腳發送出去。

實際應用中，我們選用AD9822作為 CIS圖像傳感器進行信號處理的A/D變換芯片。采用三通道運行方式，轉換頻率可以達到15MSPS。DSP在上電后初始化期間需要來配置A/D變換器來選擇工作模式，對AD9822內部寄存器配置采用3線制串行通信接口,當CPLD檢測到了SYN信號后準備進行圖像采集工作，當檢測到第一個PLU信號開始采集，通過正確控制CIS傳感器的SP、CP的時序可以輸出每一個像素的模擬量SIG，然后再正確控制A/D變換器的CLK、ADCK就可以輸出實際像素的數字量用8位數據線輸出為D0-D7，最后控制DSP的VPort接口的VCTL、VCLK時序，把數據讀到了DSP內部[5-6]。

圖2 圖像采集接線圖

3 總結

本文通過分析TMS320DM642和AD9822工作的特點，提出了一種新的數據采集時序設計，從而針對不同的信號能夠根據實際情況對DSP和CPLD進行軟件編程來控制數據采集頻率，提高了系統實時性和穩定性。本系統應該在干線交通監視方面取得了良好的效果。本文作者創新點:本文首先分析了AD工作的時序，通過對DSP和CPLD進行軟件編程來控制AD9822的采集速度，從而達到可以根據實際情況靈活地改變AD9822的數據采集頻率,提出了一種新的數據采集時序設計。

[1]江思敏,劉暢.TMS320C6000DSP應用開發教程[M].北京：機械工業出版社,2005.

[2]何蘇勤.DSP技術與應用實例[M].北京：清華大學出版社,2002,3.

[3]王水波,宋煥生,王國強,郭亞,鄭輝.一種用于車輛測速的數據采集系統[J].計算機工程,2008,34(17):245-247.

[4]儲茂祥.一種紙幣識別系統的設計[J].北京:電子技術應用,2004,12:61-62.

[5]劉慧英.基于TMS320DM642圖像采集處理系統設計及實現[J].機電一體化，2008,2:78-80.

[6]DSP生產商 TI公司提供的TMS320系列資料[Z].2003,7.