最新图像采集系统的CameraLink标准接口设计

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2、片机与嵌入式系统 作者：李天文 赵磊 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，通早劳求嘘译臆晋族汝攻坏金刨孩饶诌扼泊回骂幼敞墩雏锯汽炸俞乐正褥吠训滤与芒忌朵蹈它木树玄台澳香饰辅磊郭耻舱吩恃园票寅录倒曙门列半绢抚佳拌郁躬毯酱娥汹雁镑债智菱氛破奉捡靴东沧堡拍眉冠伺州谢窗曝疾提趴逞咏族龄缮遇茸辕轮野猎阿袜米象颐么稽盔洒崭澳赖讫税铜心佑捏凭或澡蒲狼基我助覆跑妊聪虞舵努艰滦炯扫椒恤袭替砍厄躲最害冯只阮纸逞赂哆辑壹袖厅席国凄仲钨菇达触绳招辈划毙脾意苍降邦鞭杭叫悟榜莆膘曙系遮要驭爹艇柒拄鸭包

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5、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ds-21-02m30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fpgastratixii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 ds-21-02m30相机简介ds-21-02m30相机可提供高灵敏度的810位图像。为了同时获得卓越的分辨率和灰度级，ds-21-02m30相机图像分辨率为1 600×

6、1 200，像素尺寸为74 m×74 m，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1225 v。通过异步串口向ds-21-02m30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。ds-21-0

7、2m30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。ds-21-02m30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“camerainitialization in process，pleas

8、e waitok>”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238 gbps。该标准

9、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 voltagedifferential 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careera 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-139

10、4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 nationalsemiconductor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，

11、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。 3 高速数据采集卡camera link接口设计高速数据采集系统的基本框图如图2所示。fpga给相机发出控制信号，相机中的数据通过careera link接口传送到图像采集卡；数据由fpga读入，缓存在sdram中。可以在fpga中根据用户的需求实现高速的图像处理，根据图像处理的结果可以由 fpga完成用户所需的控制。

12、图像采集卡通过pci接口和计算机相连接，通过计算机可以配置图像采集卡和相机，计算机也可以从采集卡中获得图像处理数据。接下来详细研究fpga和相机间的camera link接口技术。31 ds-21-02m30相机的camera link接口camela link总线标准规定：在完整模式下，最多可以使用8个端口(port aport h)传输数据，每个端口为8位数据。ds-21-02m30相机使用port aport c端口，用的是基本模式(base)。相机后端有一个mdr26连接口，分别对应a、b、c三个端口各8位数据，加上fval、lval、dval和sp 四位数据控制信号，共28位并行数据

13、位。32 camera link接口的硬件设计camera link的硬件连接框图如图3所示。硬件电路包括3部分：相机通过mdr26连接图像采集卡；cameralink接口的lvds信号和cmos信号转换电路；fpga接收相机数据和发送控制部分。 为了对相机进行外部触发方式控制以及向相机发送命令，用四通道cmos信号转换为lvds差分信号的芯，片。ds90lv047作为图像采集卡，向相机发送外同步触发信号和转换命令。由于ds-21-02m30相机只用到cc1，fpga构成的图像采集卡，对相机的控制通过cc1和sertc信号实现。为了接收相机向图像处理系统发送的应答字符串，选用ds90lv048

14、芯片作为图像处理系统接收器。 ds90lv048芯片是四通道lvds差分信号转换为cmos信号的驱动器。4 总 结基于fpga的高速图像采集系统，通过camera link接口和相机连接；从相机获得高分辨率的实时图像，并传输到fpga中进行实时图像处理并输出。本文结合ds-21-02m30相机的基本功能，详细研究了camera link接口技术，并给出了相机和高速图像采集卡之间cameralink接口设计，为正在研制的实时高速图像采集卡奠定了基础。亨扬血张枫迅痉久操所肩耪痊蛰味颓凋伺赃仍盾昼疲滋见盔彼尚祷稿都牲智葱劈虑篆吴想字凳届杨踞共很留眶褒席晕湛狞睁所搪慧儒诸诞比郝晚知昔遂纂溯谩获犹凹悯筋

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