题目：面向原位三维测量的FPGA快速数据处理技术研究

 

伴随现代制造业的发展，大型结构件在航天航空、汽车制造等领域的应用越来越广，其尺寸和形位的检测需求也日益增多。传统的测量方法体积大、集成化低，已经不能满足现代制造业对质量检测的需求，原位测量技术是大型结构件高精度加工的必然发展趋势。基于投影栅相位的原位测量系统中CMOS传感器采集帧速较快，算法主要涉及到大量的逻辑运算，对电子学系统的实时处理能力要求较高。本文主要针对大型飞机结构件的测量需求，设计原位测量传感器，研究图像预处理并行算法等关键技术，最后通过实验进行测试。本文的主要研究内容包括以下几个方面：

1．原位测量传感器硬件电路设计：根据传感器设计指标，给出总体设计方案。该方案由传感器成像模块，图像数据的采集、存储及FPGA主控核心模块，数据传输模块等三部分组成。选用美光公司的MT9M001作为CMOS图像传感器，采用FPGA等器件产生其IIC总线的驱动时序，然后通过A/D转换完成CMOS输出模拟信号到数字信号的转换，最后通过网口将数据传输回计算机，节省了多幅采集图像传输的时间，为后端上位机进行三维复线处理节约时间。

2．FPGA实现图像处理算法：由于图像处理的数据量大，处理非常耗时，同时传输数据量也大，为实现数字图像的实时处理及传输，在FPGA上用硬件描述语言进行图像并行处理，设计高速并行的硬件算法，实现加速，同时FPGA处理器作为图像处理系统的主控芯片可以使整个系统的体积大大减小，从而解决系统的小型化及可移植性问题。

3．测试验证：各个单元实际进行测试结果表明，三个主要的独立模块，各偏置电压纹波噪声峰值满足设计条件，A/D分辨率为10位；通过PLL获得的各模块驱动时钟满足低电平幅值、上升时间、频率等要求。传感器能够正常成像及进行图像预处理，采集速率最高可达30帧/秒；传感器功率消耗、面积、处理速度三者平衡，是一种高效率、快速的前端处理方案，能够满足应用需求。