基于FPGA的便携式CCD成像系统设计与实现

本研究论文探讨了基于FPGA的CCD成像系统的设计，目标是为便携式激光散斑血流成像设备开发一套轻便且高效的成像解决方案。FPGA（Field Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件，被选为系统的逻辑控制中心，替代了传统的ASIC架构，以实现系统的灵活性和扩展性。 FPGA的核心作用在于生成CCD驱动信号、模拟输出信号的采样同步信号，并通过其软核处理器NIOS II，构建了一个32位指令集、数据总线和地址空间的系统。使用C语言编程，可以控制图像数据高速缓存、图形显示接口，以及实时显示图像。硬件描述语言(HDL)和公开知识产权核（IP）被用来利用FPGA内部的可配置资源来实现这些功能。 该成像系统主要由三个子单元构成：CCD成像单元负责光学信号到模拟信号再到数字信号的转换；FPGA核心控制单元，由FPGA和存储器组成，负责驱动和控制CCD，同时接收和存储图像数据；图形显示接口单元则负责将内存中的数据直接显示或者发送给计算机进一步处理。 系统设计注重高效率与便携性，能达到15帧每秒的高帧率，以及12位高采样精度和低暗输出。通过可更换CCD传感器和在FPGA中定制数字信号处理算法，系统具有很强的适应性和扩展性，适合应用于各种场景，特别适合于对大面积浅表组织如皮肤和腔体进行无创血流监测的便携设备。 激光散斑血流成像技术因其在皮肤疾病检测中的潜力而备受关注，但大型设备的局限性限制了其普及。通过将这一技术集成到轻便的FPGA成像系统中，本研究有望推动这项技术的广泛应用，为临床诊断和治疗提供便捷的解决方案。论文作者在导师指导下独立完成了这项创新性工作，充分展示了FPGA在成像系统设计中的重要价值。