基于基于Camera link的图像采集系统的图像采集系统
介绍了一种基于FPGA和Camera link协议的图像采集系统设计方案。设计中将接口信号和图像数据转换为低压
差分信号(LVDS)进行传输，提高了信号的精度和传输距离。阐述了具体的硬件接口电路设计以及接口信号程序
设计，并给出了实验结果。
摘摘 要：要： 介绍了一种基于
关键词：关键词： FPGA；camera link；接口电路
多年来，科学和工业数码相机市场一直缺乏一种标准的通信方式。图像采集卡和相机各自的制造商都使用不同的连接器开发
产品，使得厂家对于电缆生产变得困难并且对消费者造成很大的困惑。随着数据传输速率的不断提高，一种在数码相机与图像
采集卡之间的连接标准将变得更加必要。Camera link是NI公司联合多个摄像头及图像采集卡公司共同推出的一种机器视觉应
用的通信接口。该接口扩展了Channel link的基础技术，提供了一种对于机器视觉应用来说更有效的规范。
有很多关于Camera link接口方面的研究，但基于色选系统并与FPGA结合的技术资料十分缺乏。本文主要介绍了Camera
link接口的通信协议以及一种以FPGA为主控芯片并且基于Camera link接口的图像采集、处理、显示的系统设计方案，并就方
案中的Camera link模块结合色选机实例进行具体介绍。
1 Camera link协议协议[1-2]
国家半导体公司基于在物理层的LVDS(低压差分信号)开发了Channel link技术作为平板显示器的一种解决方案。该技术后来
被扩展成一个通用数据的传输方法，而Camera link就是在Channel link基础上形成的。
Channel link由一对驱动器和接收器组成。该驱动器有28 bit的单端数据信号和1个单端时钟。这些信号以7：1的比例串行化成
4个数据流和1个锁相时钟，并通过5个LVDS对驱动。该接收器接收4个LVDS数据流和1个LVDS时钟并把它们转化成28 bit数
据和1个时钟信号。Channel link的数据传输速率(高达2.38 Gb/s)满足当前传输速率不断增加的趋势。图1为Channel link连接
示意图。
Camera link接口的视频数据信号包括24 bit的图像数据和4 bit的图像使能信号，它们通过Camera link总线传输。4个视频同
步信号分别定义为：
帧有效信号FVAL，当FVAL为高电平时，输出一帧有效数据；行有效信号LVAL，当LVAL为高电平时，输出一个有效像元
行；数据有效信号DVAL，当FVAL和LVAL为高时，DVAL为高电平，输出有效数据；SPARE为自定义控制信号。
为了便于相机控制，Camera link保留4对LVDS信号，分别是Camera Control 1(CC1)、Camera Control 2(CC2)、Camera
Control 3(CC3)、Camera Control 4(CC4)，它们定义了相机的输入和图像采集卡的输出。相机制造商可以自定义这些信号，
以满足它们特定产品的需要。比如DALSA相机控制配置一般为：CC1——EXSYNC(低电平有效)；CC2——PRIN；CC3——
Direction；CC4——Not used。
Camera link分配两对LVDS信号用于摄像头和图像采集卡之间的异步串行通信。摄像头和图像采集卡需至少支持9 600波特
率。这两个信号分别是：Ser TFG(相机串行输出端至图像采集卡串行输入端)和Ser TC(图像采集卡串行输出端至相机串行输入
端)。并且其串行接口具有以下特点：一个起始位，一个停止位，无奇偶校验位，无握手。
Camera link接口有3个端口配置，分别为Base、Medium、Full，它们各自需要的芯片数目和连接器的数目各不相同，具体
如表1所示。一个端口定义为一个8 bit字。最低有效位(LSB)是第0位，最高有效位(MSB)是第7位。Camera link接口采用的A-H
的8个端口。
当Camera link端口配置为Base时，其端口的各个位与接口芯片管脚之间存在着一定的对应关系，详细的位配置信息见参考
文献[3]。如果Camera link的端口配置为Medium或者Full时，应当注意，如果端口D和G需要时，应使用和端口A相同的位配置
管脚；如果端口E和H需要时，应使用和端口B相同的位配置管脚；如果端口F需要时，应使用和端口C相同的位配置管脚。
2 系统硬件平台系统硬件平台
2.1 系统框图系统框图
该系统主要由图像传感器(CCD)、模数转换芯片(A/D)、现场可编程门阵列(FPGA)、Camera link接口芯片和图像采集卡五部
分组成。CCD完成图像的光电转换，产生图像的模拟信号，A/D将图像的模拟信号转换成数字信号，然后数字信号转换成
LVDS信号，最后通过图像采集卡把图像信号发送给PC机并通过液晶显示器显示。在这一过程中，FPGA主控模块控制CCD、
A/D、Camera link接口芯片，使系统正常工作。系统框图如图2所示。
评论0