基于FPGA的灰度圖像模板匹配并行處理研究.pdf

1、模板匹配廣泛應(yīng)用于圖像處理及信號處理領(lǐng)域。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得圖像模板匹配處理的規(guī)模越來越大,更重要的是人們對實(shí)時(shí)圖像處理的需求也越來越高,因此,采用通用處理器來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像的模板匹配,速度已經(jīng)成為該技術(shù)的瓶頸。此外,對于一些優(yōu)秀的圖像模板匹配算法,其在臺式機(jī)、工作站上可以正常運(yùn)行,而將它們應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中,由于速度、資源的限制,對其進(jìn)行簡化后,效果不是很理想,有的甚至不能正常運(yùn)行。可編程邏輯器件是一種可編程、功能強(qiáng)的邏輯器件,它的

2、高靈活性、可配置性和高性價(jià)比與及支持并行和流水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)圖像處理領(lǐng)域提供了一個(gè)理想的平臺。因此,可以將FPGA應(yīng)用于圖像的模板匹配來實(shí)現(xiàn)資源受限情況下的實(shí)時(shí)圖像并行處理。
　　首先,對傳統(tǒng)的基于滑動窗口的模板匹配算法的特點(diǎn)進(jìn)行了分析,得出其是一個(gè)串行的、復(fù)雜的四重循環(huán)過程;并對FPGA的基本概念和設(shè)計(jì)方法、并行處理技術(shù)進(jìn)行了分析,提出了4種基于分治策略的圖像模板匹配并行處理,這四種策略包括:圖像不分塊,模板不分塊、圖像分塊,

3、模板不分塊、圖像不分塊,模板分塊、圖像分塊,模板分塊。其次,針對這四種基于分治策略的圖像模板匹配并行處理方法,分析了它們各自的時(shí)間復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度;通過對這四種策略的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行對比和分析,選擇了圖像不分塊,模板分塊的并行處理策略,并在此策略上分析和設(shè)計(jì)了二值圖像模板匹配并行處理的工作原理及體系結(jié)構(gòu),提出了基于FPGA的二值圖像模板匹配并行處理模型,該模型包括3個(gè)部分:子模板劃分、并行處理、全局匹配。然后,為了將基于FPGA的二值圖像

4、模板匹配并行處理模型應(yīng)用于灰度圖像的模板匹配,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的RS232串口通信以及基于FPGA的雙峰直方圖二值化;得到二值圖像后,用硬件電路和VHDL語言實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的二值圖像模板匹配并行處理模型。
　　最后,對各個(gè)功能模塊及整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了波形仿真,波形仿真都正確后將VHDL代碼在集成開發(fā)環(huán)境ISE9.2進(jìn)行了綜合并下載到FPGA芯片上進(jìn)行驗(yàn)證。通過將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與在PC機(jī)上運(yùn)行的軟件算法進(jìn)行對比和分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)