基于FPGA的圖像預處理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

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1、工程碩士學位論文基于FPGA的圖像預處理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)作者姓名蘇天裕工程領域控制工程校內指導教師康文雄校外指導教師浦野幸治所在學院自動化科學與工程學院論文提交日期2017年10月ResearchandImplementationofImagePreprocessingbasedonFPGAADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:SuTianyuSupervisor:KangWenxiongSouthChinaUniversityofTechnologyGuan

2、gzhou,China分類號:學校代號:10561學號:201220208379華南理工大學碩士學位論文基于FPGA的圖像預處理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)作者姓名:蘇天裕指導教師姓名、職稱:康文雄、教授申請學位級別:工程碩士工程領域名稱:控制工程論文形式:?產(chǎn)品研發(fā)?工程設計√應用研究?工程/項目管理?調研報告研究方向:數(shù)字圖像處理論文提交日期:2017年10月25日論文答辯日期:2018年3月17日學位授予單位:華南理工大學學位授予日期:年月日答辯委員會成員:主席:喬興宏委員:吳玉香、康文雄、戴詩陸、孫宗海摘要進入21世紀以來,圖像

3、處理技術進入快速發(fā)展的階段,許多行業(yè)開始重視圖像處理技術的應用。目前大多數(shù)的圖像處理技術實現(xiàn)方案是基于通用型計算機或DSP,而隨著產(chǎn)品體積、功耗和實時性等方面要求的不斷提升,基于上述方式開發(fā)出來的產(chǎn)品已經(jīng)不能很好的跟上市場需求的腳步。本文先是介紹了實現(xiàn)圖像處理技術的各種硬件平臺,分析它們各自的優(yōu)缺點。概括性的說明了圖像預處理技術的現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向。接著對FPGA的硬件結構、軟件開發(fā)環(huán)境與設計流程進行說明。分析實時圖像預處理算法的結構,結合FPGA接口靈活、并行計算能力強、擴展性強等特性,確立一種以FPGA為核心處理器的低成

4、本的圖像預處理實現(xiàn)方案。本設計主要分成圖像采集、圖像存儲、圖像預處理和圖像顯示四個部分。圖像采集功能由一個CMOS攝像頭模塊完成,該模塊可以將模擬信號的圖像數(shù)據(jù)轉換成多種不同格式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù),通過攝像頭模塊SCCB接口設置攝像頭的工作模式。由于從攝像頭模塊得到的圖像數(shù)據(jù)量十分龐大,F(xiàn)PGA內部的儲存器不足以保存如此多的數(shù)據(jù),需要外部的SDRAM儲存器作為數(shù)據(jù)的緩沖與存儲部件。通過SDRAM控制器,對SDRAM的進行初始化等必要操作。實現(xiàn)了多種圖像預處理算法,包括格式轉換、均值濾波、中值濾波、邊緣檢測和形態(tài)學圖像處理等。最后

5、將圖像數(shù)據(jù)通過DAC轉換為模擬信號,輸入到VGA顯示器即可實時觀察圖像處理后的效果。在整個設計開發(fā)的過程中,采用流水線結構與并行運算來實現(xiàn)各個功能,充分利用FPGA并行處理能力,確保整個設計具備實時處理的能力。本文需要闡述的重點有2個,一個是FPGA硬件接口設計,另一個是圖像預處理算法的FPGA實現(xiàn)。與外部SDRAM的高速通信則是硬件接口設計的難點,只有保證SDRAM讀寫操作的正確性,才能保證數(shù)據(jù)的正確性。算法的FPGA實現(xiàn)的難點則是算法的拆分與重組,并實現(xiàn)圖像處理算法的并行運算與流水線結構,提高圖像處理速度。本設計的硬件電

6、路已通過調試,輸出結果驗證基于FPGA的圖像預處理是可行的。關鍵字:圖像處理;FPGA;實時性;流水線結構IAbstractSincethebeginningofthetwenty-firstCentury,theimageprocessingtechnologyhasenteredastageofrapiddevelopment,andmanyindustrieshavebeguntopayattentiontotheapplicationofimageprocessingtechnology.Atpresent,thei

7、mplementationschemeofthemostoftheimageprocessingtechnologyisbasedonuniversalcomputerorDSP,andwiththeincreasingdemandofvolume,powerconsumptionandreal-timeofproduct,theproductdevelopedinaccordancewiththeabovemethodsalreadycannotkeepupwithmarketdemand.Thispaperfirstly

8、introducesallkindsofhardwareplatformofimageprocessingtechnology,andanalyzestheiradvantagesanddisadvantages,andgenerallydescribesthepresentsituati

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