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图像采集系统的图像采集系统的Camera Link标准接口设计标准接口设计
在介绍Dalsa公司DS2102M30相机的基本性能和控制方法的基础上,详细分析了Camera Link接口作为数字相机
数据传输接口的结构和原理,并设计出一种基于FPGA图像采集卡和DS2102M30相机的Camera Link接口的硬
件电路。
引言
高速数据采集系统可对相机采集得到的实时图像进行传输、实时处理,同时实现视频采集卡和计算机之间的通信。系统连接相
机的接口用的是Camera Link接口,通过Camera Link接口把实时图像高速传输到FPGA图像采集卡中进行数据实时处理,并
通过PCI接口实现采集卡和计算机之间的通信。本文主要研究数据采集系统Camera Link接口技术。
Camera Link是专门为数字摄像机的数据传输提出的接口标准,是2000年10月由一些摄像头供应商和图像采集公司联合推出
的。Camera Link标准简化了计算机和摄像头之间的连接。本设计选用Dalsa公司的DS2102M30相机,该相机支持Camera
Link接口。相机数据通过Camera Link接口传输到一块Altera公司的FPGA StratixII中进行处理。在FPGA中进行数据的高速缓
存,可以在FPGA中设计各种图像处理程序对图像进行实时处理。
1 DS2102M30相机简介
DS2102M30相机可提供高灵敏度的8/10位图像。为了同时获得卓越的分辨率和灰度级,DS2102M30相机图像分辨率为1 600
×1 200,像素尺寸为7.4 μm×7.4 μm,像素数据输出时钟为40 MHz,最高帧频可达60 帧/s。通过设定像素数据格式命令,可
以设定像素数据为8位、10位。功耗低于15 W,供电电源电压为12~25 V。
通过异步串口向DS2102M30相机发送ASCII码控制命令和诊断命令,可以控制相机输出图像的增益、补偿、帧频、曝光时
间、曝光模式和测试图像的输出,还可以对相机进行诊断。串口协议:1位开始位,8位数据位,无奇偶校验位,1位停止位;
通信波特率为9 600 bps (相机默认),通过设定波特率命令可将其设定为19 200 bps、57 600 bps和115 200 bps。
DS2102M30相机共有4种曝光模式,可以通过设定曝光模式命令来为相机选择合适的曝光模式。
模式2:内部触发方式(相机的默认曝光模式)。
帧频和曝光时间可用相应的命令控制。
模式3:最大曝光时间的外部触发方式。
模式4:外部触发方式。帧频和曝光时间都由外部触发信号控制, 即外部触发信号的高电平阶段为曝光时间,外部触发信号的
频率为帧频。
模式6:外部触发方式控制帧频,曝光时间可用相应内部命令控制。
DS2102M30相机的命令以ASCII 码的形式发送。向相机发送命令时,以回车符作为结束。相机上电后,相机背后的指示灯闪
烁,同时通过串口发送“Camera Initialization in process, Please Wait …OK> ”字符串。当收到“OK>”字符串时,表明相机要开
始传送图像数据,相机背后的指示灯不再闪烁。当相机收到有效的命令时,会返回“OK>”字符串作为应答;否则,返回“Error
x:Error Massage>”字符串作为应答。其中,x 为错误标号, Error Massage 表示对错误的具体说明。相机的应答字符串以符
号“>”作为结束符。
2 Camera Link结构与原理
Camera Link是专门为数字摄像机的数据传输提出的接口标准,专为数字相机制定的一种图像数据、视频数据控制信号及相机
控制信号传输的总线接口,数据传输速率最高可达2.38 Gbps。该标准规定了接口模式、相机信号、端口配置、图像数据位配
置、连接器引脚定义及连接线、标准接收器芯片组。采用这种标准后,使得数字摄像机的数据接口输出采用更少的线数,连接
电缆更容易制造,更具有通用性,而且
数据的传输距离比普通传输方式更远。其最主要的特点是采用了LVDS (Low Voltage Differential Signaling,低压差分信号)
技术,使摄像机的数据传输速率大大提高。
在Camera Link标准出现之前,业界有一些标准(如较流行的IEEE—1394接口)作为一种数据传输的技术标准。IEEE—1394
被应用到众多的领域,数字相机、摄像机等数字成像领域也有很广泛的应用。IEEE—1394接口具有廉价,速度快,支持热拔
插,数据传输速率可扩展,标准开放等特点。但随着数字图像采集速度的提高、数据量的增大,原有的标准已无法满足需求。
为了简化数据的连接,实现高速、高精度、灵活、简单的连接,在National Semiconductor 公司开发的Channel Link 总线技术
基础上,由多家相机制造商共同制定推出了Camera Link标准。
基于Camera Link的数字相机的采集速度和数据量均好于基于IEEE—1394标准。
Camera Link是一种基于物理层的LVDS 的平面显示解决方案。图1为Camera Link总线发送端与接收端的连接框图,也是该总
线的基本模式。总线发送端,将28位并行数据转换为4对LVDS 串行差分数据传送出去,还有一对LVDS 串行差分数据线用来
传输图像数据输出同步时钟;而总线接收端,将串行差分数据转换成28 位并行数据,同时转换出同步时钟。这样不但减少了
传输线的使用量,而且由于采用串行差分传输方式,还减少了传输过程中的电磁干扰。















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