基于FPGA器件和VHDL语言实现的图像采集和显示系统的设计

基于FPGA器件和VHDL语言实现的图像采集和显示系统的设计

通过研究立体液晶显示器的图像获取及显示接口，完成了从摄像到显像的整体数字系统的电路部分设计。

立体液晶显示器是近年来新出现的虚拟现实显示设备，它真实地再现场景的三维信息，显示具有纵深感的图像。其最大特点就是观察者无需使用任何附加设备，直接用肉眼就可看到屏幕上显示的立体图像。观测者可以更容易、更快速地理解真实的景深信息，更全面、更直观地洞察图像空间位置的实际分布状况。

1 方案设计

2 系统实现

2.1 双摄像头成像系统设计

CMOS芯片为TTL电平接口，与FPGA兼容，其输出数据格式如表1所示。它输出10位并行红、绿、蓝信号，行、场同步信号，时钟信号供FPGA采集。

2.2 FPGA设计

2.2.1 VGA控制信号的产生模块

参照VESA VGA标准，像素时钟频率为25.175MHz，行频为31.469kHz，每行包括800点，其中有效显示640点，行同步时间96点，行消隐前肩16点，行消隐后肩48点，共160点行消隐期；场频（刷新率）为59.94Hz，每场有525行，其中有效显示480行，场同步时间2行，场消隐前肩11行，场消隐后肩32行，共45行。

像素时钟由FPGA外接50MHz晶振二分频得到，作为液晶屏驱动控制信号发生的基准，行频和场频相与得到数据有效信号（DE）。

2.2.2 脉冲噪声处理

2.2.3 色彩识别模块

如表1所示，CMOS摄像头输出格式为：第一行BGBGBG……，第二行GRGRGR……，即RGB信号按此顺序串行输出，而液晶屏接收RGB信号并行输入，必须识别出输入数据属于何种色彩分量，经组合后输出到数据处理模块进行处理。

2.2.4 图像合成模块

液晶屏上采用光栅对图像进行空分处理，实现双眼视差，只需对其输入相应数据即可实现立体显示。两个摄像头的图像数据并行读入（由于液晶屏接收RGB各6位进行显示，故只读入摄像头的高6位），经噪声处理及色彩识别并组合后放入片上RAM进行缓存。在VGA控制信号中的行、场频控制下，计算RAM地址，从片上RAM中读出数据并输出至液晶屏，输出效果如图4。其中黑色表示左摄像头数据，白色表示右摄像头数据，以像素为单位交替出现，即奇数列为左摄像头数据，偶数列为右摄像头数据。

本设计采用双CMOS摄像头模拟人眼获取图像。以FPGA为核心设计了图像采集、处理和显示接口，其图像数据可直接输出到TTL接口的液晶屏显示。对于目前市场上大部分LVDS接口的液晶屏，只需修改FPGA的I/O属性即可，无需液晶屏厂家提供驱动电路板，实现了立体液晶显示图像采集和显示系统的最小化设计，目前已成功运用于实时图像的立体液晶显示。整个系统结构紧凑，扩展性强，生产成本低。此外，该系统只需对FPGA进行重新编程即可用于其他多路视频采集、处理及显示方案。

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