[发明专利]基于FPGA的数据高速采集装置及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的数据高速采集装置，其特征在于，包括：双目相机、IMU、FPGA平台以及网口模块，双目相机和IMU通过FPGA平台连接至网口模块，其中，

双目相机具有两个图像传感器，两个图像传感器的trigger信号由FPGA平台同步触发，并且向FPGA平台同步输出采集的实时图像；

IMU与两个图像传感器通过FPGA平台达到硬件同步；

FPGA平台包括FIFO和双目IMU传输IP核，FIFO连接IMU和两个图像传感器，并且同时缓存实时的双目图像和IMU数据，FIFO连接双目IMU传输IP核，并通过双目IMU传输IP核向网口模块传输同步的双目图像和IMU数据。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的数据高速采集装置，其特征在于，FIFO包括FIFO1、FIFO2和FIFO3，其中，FIFO1和FIFO2分别连接对应的图像传感器并存储实时图像，FIFO3连接IMU并存储IMU数据；三个FIFO均连接双目IMU传输IP核。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的数据高速采集装置，其特征在于，双目相机为全局曝光相机，图像传感器工作在外触发模式，双目曝光时间同步精度在1ms内；

两个图像传感器和IMU之间通过FPGA平台的双目IMU时间同步系统实现硬件同步，同步时间1ms内。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的数据高速采集装置，其特征在于，网口模块为以太网模块，数据高速采集装置通过以太网模块连接上位机，双目图像和IMU数据根据图像传输协议通过以太网传输至上位机。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的数据高速采集装置，其特征在于，FPGA平台采用FPGA EP4CE6E22C8N，FIFO采用小容量8Kbyte；图像传感器采用安森美AR0134传感器；IMU采用BMI160六轴传感器；网口模块采用RTL8211芯片。

6.一种基于FPGA的数据高速采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、FPGA平台配置双目相机中两个图像传感器的寄存器，使两个图像传感器均工作在外触发模式，然后同步触发两个图像传感器的trigger信号，使两个图像传感器采集的实时图像同步输出；

FPGA平台将两个图像传感器和IMU硬件同步，并且双目图像和IMU数据同时缓存至FPGA平台的FIFO中；

S2、FPGA平台的双目IMU传输IP核将同步的双目图像和IMU数据通过图像传输协议传输给上位机；

S3、上位机获取到数据后，根据图像传输协议解析出双目图像和IMU数据。

7.根据权利要求6所述的基于FPGA的数据高速采集方法，其特征在于，图像传输协议为UDP协议，UDP协议采用verilog语言，并定义有MAC层、IP层、UDP层、数据层和CRC校验层，其中，数据层根据FPGA平台中各个FIFO的缓存情况选择对应的FIFO的数据作为待发送数据。

8.根据权利要求6所述的基于FPGA的数据高速采集方法，其特征在于，图像传输协议根据双目图像的分辨率N*M，规定一个数据包的长度为N+3个字节，并且数据包的第一个字节表示相机型号，第二个字节表示一行图像中的行数低8位，第三个字节表示该行图像中的行数高8位，后N个字节表示该行图像的数据信息，其中，IMU的数据包规定为600个字节，数据包的前两个字节分别为0X55、0X50，剩余的字节为当前帧与上一帧之间的IMU数据。

9.根据权利要求8所述的基于FPGA的数据高速采集方法，其特征在于，上位机根据图像协议解析出双目图像和IMU数据，具体为：上位机通过数据包中的行数和相机型号解析出双目图像，并根据行数判定是否丢包，在丢包情况下再进行丢包处理。

10.根据权利要求6所述的基于FPGA的数据高速采集方法，其特征在于，FPGA平台通过双目IMU时间同步系统将两个图像传感器和IMU硬件同步，具体是：

FPGA平台先采集相机的FLASH信号，然后配置相机的FLASH信号至IMU中的寄存器，在图像开始曝光时，图像传感器所产生的FLASH信号同时触发IMU采集IMU数据，如果采集到偶数个IMU数据，则取中间两个IMU数据时间戳的中值作为图像的时间戳；如果采集到奇数个IMU数据，则取中间的IMU数据时间戳作为图像的时间戳。