基于FPGA的图像边缘检测系统(一)-原理

参考文献：手把手教你学FPGA设计：基于大道至简的至简设计法基于VIP_Board Big的FPGA入门进阶及图像处理算法开发教程-V3.0 以上两篇文章可以点击下载整个系列文章如下:

基于FPGA的图像边缘检测系统(一)-原理

基于FPGA的图像边缘检测系统(二)-原理

基于FPGA的图像边缘检测系统(三)-设计实现

文章目录

基于FPGA的图像边缘检测系统(一)-原理
- [基于FPGA的图像边缘检测系统(一)-原理](https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/83150325)
- [基于FPGA的图像边缘检测系统(二)-原理](https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/83274412)
- [基于FPGA的图像边缘检测系统(三)-设计实现](https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/83275171)
一、背景介绍
二、设计要求
三、基本原理
- 3.1 PLL
- 3.2 OV7670
  - 3.2.1 I2C 时序写入设计
  - 3.2.2 I2C 时序读取设计
  - 3.2.3 IIC 调试总结
  - 3.2.4 OV7670 寄存器配置
- 未完，待续。。。
- [基于FPGA的图像边缘检测系统(一)-原理](https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/83150325)
- [基于FPGA的图像边缘检测系统(二)-原理](https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/83274412)
- [基于FPGA的图像边缘检测系统(三)-设计实现](https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/83275171)

一、背景介绍

图像处理入门。

二、设计要求

图像边缘检测系统，如图8-1所示。核心处理器为FPGA，外设包括摄像头、VGA设备及SDRAM。首先，摄像头采集到实时视频数据，送到FPGA中，经过相关处理算法将数据缓存至SDRAM中，再从SDRAM中读取并在VGA设备上实时显示。

三、基本原理

整个系统的分成及组成如图8-1所示，主要包括，PLL、OV7670、滤波、边缘检测、存储控制等。下面对于涉及到的基本原理及所用的技术进行分析：

3.1 PLL

这部分介绍：https://blog.csdn.net/Pieces_thinking/article/details/82994982

3.2 OV7670

摄像头按照信号进行分类，可以分为模拟摄像头和数字摄像头，分别对应有CMOS摄像头和CCD摄像头。模拟摄像头就三根线（RGB），通过AD转换为数字信号，终端接收信号并解码，便能得到视频图像。CCD是一种能够将光学印象转化为数字信号的半导体器件，CCD的作用就像黑胶片一样，但他是把图像像素转换为数字信号。 CMOS 摄像头，其实也是通过模拟采样， AD 转换，然后在经过 DSP 等信号处理，最终得到 D[0…8]这几个摄像头数据接口。相对于 CCD 而言， CMOS 在电路上要简单得多，因为很大一部分电路都在内部帮用户转换完成了常见的摄像头模块厂商为：OvmniVision和Micron，其中OvmniVision摄像头具有驱动简单，图像效果优良等优点被广泛应用，Micron摄像头具有优质的图像处理能力，同时摄像头接口兼容性好等优点，缺点就是配置寄存器量大，驱动开发较OmmniVision摄像头大，所以应用Micron摄像头的人相对较少，由于本次设计为入门级，所以选用OvmniVison摄像头-OV7670 摄像头通用接口：

如上两图所示，其中上图为OV传感器内部结构，下图为Micron传感器的内部结构，两种结构摄像头接口大致相似，主要由以下信号组成：

a) 都有 XCLK， PCLK， FRAME_VALID， LINE_VALID， DOUT[7…0]信号，主要是 Sensor驱动时钟的输入以及采样时钟，帧有效信号，行有效信号，图像数据的输出。也许业界为了兼容吧，摄像头输出都设置为了 8 位 DOUT[7…0]，所以 PCLK 是像素时钟的 2 倍。
b) 有 I2C 总线（也成 SCCB）： SCLK， SDAT，用来配置传感器内部寄存器。
c) STROBE， STANDBY，或者 PWDN，闪光灯，以及 Sensor 的开关，也不尽相同。

这个摄像头的SCLK及SDAT即IIC总线引脚必须有上拉(4.7K)左右，如下图所示：

为什么需要上拉电阻呢？其实这关系到 IIC的内部结构，如下图所示， I2C 内部采取了 Open Drain，本身只能输出低电平，只能通过上拉电阻，结构如下图所示：

3.2.1 I2C 时序写入设计

OvmniVision 很搞笑，他管这个 I2C 叫做 Serial Camera Control Bus (SCCB)，其实所谓 SCCB，其实写入的时序完全一样，只是读取有一丁点儿差别（MT9M111的 I2C 时序差别更大一点儿）。一般 I2C 的初始化都有一定的协议。以下主要以 0V 的 IC 为例，写入寄存器如下所示，先写设备地址，在写寄存器地址，最后才输入寄存器的值，即ID-Address SUB-Address W-Data！ OV 的设备地址为 0x42，最后一位是用来判断读写的，即读的时候为 0x43