摘 要

电子科学技术的飞速发展，对多通道成像的获取在视频监控和巡逻中有着许多需求。从多个摄像机获得的图像数据将被同时收集，并且图像将以实时，均分的格式显示，甚至被拼接成高分辨率图像，这是该领域的重要研究分支，通过多个渠道收集和处理图像。

受混合虫眼检测效率的启发，使用复合眼亚透镜模拟小虫眼开发出了仿生复眼系统。成像结构还允许比单个透镜更大的视角。仿生复合眼因其大视野，紧凑的结构，小巧的尺寸以及对运动目标的响应而引起了研究者的广泛关注，因此，仿生眼假体C是用于多通道图像收集和处理技术的出色解决方案。

本文在分析现有仿生眼复合成像设计和多通道图像处理技术的基础上，提供了合适的操作模型和多通道图像处理系统，使用FPGA系统作为用于仿真设计的主控制芯片，FPGA控制和数据存储控制单元。通过FPGA控制单元，同时执行子眼图像模块的SPI命令以同时拍照以获取图像，然后在图像接收模块缓存中同步信号（眼）通过FPGA控制模块和数据存储控制模块传输到存储模块，以同时接收四只眼睛的图像信号。

这种软件和硬件设计方法不仅充分利用了FPGA强大的并行数据处理能力，而且使系统与FPGA灵活的设计理念非常实时地结合在一起，可以实现参数编程通过更改参数的配置来达到要求。

为了满足多通道并行数据收集的要求，SPI创建了一个SPI接口电路模型，该模型使用FPGA以及输入和输出端口以及数据传输过程。接收描述模拟调查的信号，数据将在FPGA开发板上检查。

关键词：FPGA；仿生复眼；图像存储；SPI；数据采集；Verilog HDL

Abstract

With the rapid development of electronic science and technology, there are many demands for multi-channel imaging in video surveillance and patrol. Image data obtained from multiple cameras will be collected simultaneously, and images will be displayed in real-time, equal format, or even stitched together into high-resolution images, an important research branch in the field that collects and processes images through multiple channels.

Inspired by the efficiency of mixed worm eye detection, a bionic compound eye system has been developed using a composite eye sublens to simulate the small insect eye. The imaging structure also allows for a larger viewing angle than a single lens. Bionic Composite Eye has attracted widespread attention from researchers for its large field of view, compact construction, compact size and response to motion targets, so bionic eye prosthesis C is an excellent solution for multi-channel image collection and processing technology.

Based on the analysis of the existing bionic eye composite imaging design and multi-channel image processing technology, this paper provides a suitable operating model and multi-channel image processing system, using FPGA system as the main control chip for simulation design, FPGA control and data storage control unit. Through the FPGA control unit, the SPI command of the sub-eye image module is executed simultaneously to take pictures to obtain the image, and then the synchronous signal (eye) is transmitted to the enclosure via the FPGA control module and the data storage control module in the image receiving module cache to receive the image signal of the four eyes at the same time.

This software and hardware design method not only makes full use of FPGA's powerful parallel data processing power, but also makes the system and FPGA flexible design concept very real-time combination, can realize parameter programming by changing the configuration of parameters to meet the requirements.

To meet the requirements of multi-channel parallel data collection, SPI created an SPI interface circuit model that uses FPGAs as well as input and output ports, as well as data transmission processes. Receive signals that describe the simulated survey, and the data will be checked on the FPGA board.

Key Words：FPGA；Bionic Compound Eyes；Image storage；SPI；Data Collection；Verilog HDL

目 录

第1章 绪论 1

1.1 仿生复眼的研究现状 1

1.2 多路图像采集与处理研究现状 1

1.3 论文研究背景和意义 2

1.4 本论文主要研究内容 3

第2章 系统方案设计 4

2.1 总体设计 4

2.2 功能模块设计 4

2.2.1 图像采集模块 4

2.2.2 FPGA控制模块 5

2.2.3 存储器模块 5

第3章 PixelBase 通用拍摄模块分析 6

3.1 PixelBase 摄像头模块介绍 6

3.1.1主要特点 7

3.2 PixelBase 摄像头模块SPI协议 8

3.2.1硬件接口 8

3.2.2协议格式 9

3.2.3 SPI接口硬件通信时序格式 10

3.2.4 具体指令定义 10

第4章 SPI控制接口的实现 15

4.1 SPI总线接口 15

4.2 主机端SPI接口模块设计 15

4.3 Verilog仿真验证 17

第5章 结论 18

参考文献 19

附录A 21

附录B 28

致 谢 41

第1章 绪论

1.1 仿生复眼的研究现状

仿生复眼由于其广阔的视野和对快速移动物体的敏感性而受到越来越多的关注^[1_2]，国内外研究人员都在研究仿生复眼的数量^[3]。

日本Tanida和麻管局开发了基于平面TOMBO平面微透镜的仿生复眼系统：（通过绑定透镜的薄观察模块）^[4]。由于分布式阵列的结构因素，尽管可以以很小的尺寸接收高质量的图像数据，但系统的最终视图并不大。

单个摄像机可以在适当位置接收图像。然而，从单个照相机获取图像具有许多缺点，因为使用单个CCD照相机收集的数据导致所获得的图像和从中获取的图像数据的视野小且分辨率低。光学图像数据失真恢复图像数据的细节后，每个部分都无法达到同一水平，这会导致接收到的帧失真^[5]。

Aware2系统是由美国杜克大学的研究团队开发的^[6_11]，该系统能够拍摄远距离场景，高图像分辨率和大视角，为巡逻、监控和其他领域提供了很好的机会。太大和后期处理非常复杂，它需要许多计算机来处理从不同子眼接收到的图像中的复杂数据，但是多个子眼产生的图像数据量异常庞大，并且需要复杂的算法对这些数据进行处理。

1.2 多路图像采集与处理研究现状

使用PC接受图像和处理模式的过程。在此PC上进行图像技术研究的。如果是视频模块 采集卡完成了图像的收集和处理。