基于FPGA的圖像采集與處理系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、在圖像采集處理系統(tǒng)中，實時性要求往往是系統(tǒng)的重要性能。本文在分析研究視頻圖像的處理技術(shù)及方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和圖像處理技術(shù)，提出了一種以FPGA芯片作為處理器的嵌入式并行視頻圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計方案。
　　 本文主要研究的內(nèi)容有：
　　 1.分析研究了視頻圖像數(shù)據(jù)采集方法，設(shè)計了圖像采集的軟硬件系統(tǒng)，在硬件電路上，設(shè)計了圖像采集卡，并通過I2C總線對圖像采集卡的工作模式進行配置，在采集模塊的控制下，把采集到

2、的圖像存到SRAM中。在軟件設(shè)計上，采用模塊化的設(shè)計方法，將系統(tǒng)劃分為異步FIFO模塊、圖像空間轉(zhuǎn)換模塊、顯示接口控制模塊、SRAM存儲控制模塊、圖像預(yù)處理模塊等幾個組成部分，較好地解決了圖像采樣存儲、處理的問題，并為以后系統(tǒng)功能的擴展奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　 2.分析研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，在比較了幾種濾波算法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，運用VHD

3、L硬件描述語言編程實現(xiàn)，仿真結(jié)果表明，這種快速中值濾波算法的處理速度較之傳統(tǒng)算法有很大的提高，有效地增強了圖像處理系統(tǒng)的實時性。
　　 3.研究了基于視頻的圖像檢測算法，重點討論了背景差分法。利用背景差圖像直方圖統(tǒng)計的方法確定二值化的閾值，并對圖像進行二值化。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)處理技術(shù)，在FPGA系統(tǒng)上利用VHDL語言設(shè)計實現(xiàn)了這些算法，并對各個模塊及相應(yīng)算法做了功能仿真和性能分析。
　　 4.系統(tǒng)仿真和驗證是整個FPGA設(shè)

4、計流程中非常重要的步驟，在現(xiàn)有仿真工具中，若手動設(shè)置仿真輸入波形不僅工作量大而且效率低。針對這一缺點，本文采用了一種VHDL測試臺(test bench)方法解決系統(tǒng)輸入源仿真問題，使用TEXTIO程序包設(shè)計了Matlab與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了系統(tǒng)仿真測試中因測試向量大而難以手動輸入的問題。并將系統(tǒng)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出在Matlab上還原為圖像，方便了系統(tǒng)測試結(jié)果的分析與調(diào)試。
　　 本文利用FPGA的并行處理和流