基于USB 3.0的高速CMOS图像采集系统的设计与实现 - 提供FPGA源代码

基于USB 3.0的高速CMOS图像采集的设计与实现 - 提供FPGA源码

---

引言

项目背景与意义

随着高清视频采集和实时图像处理需求的不断增长，高速数据采集技术正变得日益重要。本项目旨在设计一套基于USB 3.0接口的高速CMOS图像传感器数据采集系统，利用FPGA平台对传感器输出的原始数据进行快速解码和图像处理，最终实现数据通过USB 3.0接口稳定传输到主机电脑，从而满足高分辨率与高帧率的应用需求。

系统不仅具备出色的数据采集能力，还通过内部图像信号处理（ISP）模块优化图像质量，适用于监控、机器视觉、工业检测等多个领域。

免责声明

本文所有设计方案和源码仅供技术爱好者及研究人员参考学习。文中部分模块设计参考自公开资料并经过重新整理，若涉及版权问题，请联系作者删除。同时，未经授权，本文内容严禁用于商业用途，使用者须自行承担因移植和改造带来的风险和后果。

---

系统方案概述

整体架构简介

本设计通过使用Xilinx Kintex7-325T FPGA 解码索尼的 IMX327 MIPI相机，IMX327 被配置为 4 Lane RAW12 1080P分辨率；经FPGA解码、ISP图像处理、图像缓存、UVC时序同步等操作后，通过板载的USB3.0接口输出。

系统硬件框图如下所示。

该系统主要由以下几部分组成：

• CMOS图像传感器模块：负责高速采集图像数据，通过并行或串行接口输出原始数据。
• FPGA数据处理平台：作为核心处理单元，完成传感器数据的捕获、解码、图像增强及格式转换。内部集成自定义设计的图像处理IP核和缓存管理模块。
• USB 3.0传输接口：通过专用的接口芯片，将处理后的数据以UVC或其他协议传输到PC，实现即插即用的视频采集效果。

整个系统采用模块化设计，各部分接口紧密协作，既保证了高数据传输速率，也满足了实时性和系统稳定性要求。

关键技术解析

• 高速数据采集：采用FPGA直接控制图像传感器，通过mipi接口实现数据捕获。
• 图像处理与ISP：内置Bayer转RGB888、自动白平衡、色彩校正、伽马校正、RGB888转YCrCb444、图像增强、YCrCb444转RGB888、Y