基于FPGA 的傅里叶变换成像光谱仪实时数据采集与显示 ... - 电子器件.PDF

第４０卷 第１期 电 子 器 件 Ｖｏｌ４０　 Ｎｏ１ ２０１７年２ 月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆｅｂ.２０１７ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅａｌ￣Ｔｉｍｅ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ∗ ＷＡＮＧＪｕｍｉｎꎬＹＩＮ ＳｈｉｍｉｎꎬＣＨＥＮ ＨｏｎｇｂｏꎬＧＡＯＬｉｗｅｉꎬＣＨＥＮ Ｚｈｅｎｃｈｅｎｇ∗ (Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｓｃｉｅｎｃｅｓꎬＧｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＧｕｉｌｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ５４１００４ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｃａｍｅｒａ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒꎬｗｅ ｈａｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡꎬｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｇｏｏｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ. Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｆｏｕｒ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎꎬｓｔｏｒａｇｅꎬｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙꎬｍａｉｎｌｙ ｉｎｖｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＡＡ７１１３ ａｎｄ ＩＬＩ９３２５ ｃｈｉｐꎬｔｈｅ ＳＤＲＡＭｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎꎬｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｉｘｅｌｓꎬｔｈｅｃｏｌｏｒｓｐａｃｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｔｃ.Ｉｔｔａｋｅｓ７１ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄｓ ｔｏ ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ ａｌｌ ｐａｒｔｓ. Ａｆｔｅｒ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｂｅｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄꎬｂｙ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｌｙꎬｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｏｕｔｐｕｔ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ’ｓ ｉｍａｇｅ ｉｎ ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｆａｓｔ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄꎬｅａｓｙ ｔｏ ｕｐｇｒａｄｅ ａｎｄ ｂｅｉｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｓｅｃｏｎｄ ｔｉｍｅ ｅｔｃ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ＦＰＧＡꎻｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒꎻＦｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍꎻｉｎ ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅꎻｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ － ＥＥＡＣＣ:７２１０Ｇ　 　 　 　 ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５ ９４９０.２０１７.０１.０２０ 基于ＦＰＧＡ 的傅里叶变换成像光谱仪 实时数据采集与显示系统设计∗ 王具民ꎬ殷世民ꎬ陈洪波ꎬ高丽伟ꎬ陈真诚∗ (桂林电子科技大学生命与环境科学学院ꎬ广西桂林 ５４１００４) 摘　 要:利用可见光相机模拟干涉仪ꎬ基于ＦＰＧＡ设计了傅里叶变换成像光谱仪实时数据采集与显示系统ꎬ为后续的实时光谱 复原奠定了良好的技术基础ꎮ 该系统主要由采集、存储、数据变换及显示４个部分组成ꎬ主要涉及ＳＡＡ７１１３、ＩＬＩ９３２５等芯片的配 置、ＳＤＲＡＭ控制器的设计、像素的提取、色彩空间的变换等ꎮ 经７１ｍｓ初始化完成后ꎬ各部分协调运行ꎬ能够实时输出目标的图 像信息ꎬ具有运算速度快ꎬ便于升级维护ꎬ可进行二次开发等优点ꎮ 关键词:ＦＰＧＡꎻ成像光谱仪ꎻ傅里叶变换ꎻ实时ꎻ数据采集与显示