基于FPGA的實時Sobel邊緣檢測系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、圖像的邊緣是指圖像灰度變化劇烈的地方，具有豐富的信息量，所以在圖像處理技術(shù)中，圖像邊緣檢測技術(shù)占據(jù)了重要的地位，在航天、交通、人工智能、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于圖像的信息量巨大，在實時系統(tǒng)中不易使用一般的串行軟件完成圖像處理，而硬件以其獨特的并行處理方式，提高了處理速度，為圖像處理技術(shù)提供了全新的工具。但是傳統(tǒng)的硬件處理系統(tǒng)存在價格高，難以重復(fù)使用的缺點，上個世紀八十年代XLINX公司發(fā)明的現(xiàn)場可編程門電路(Field Programm

2、able Gate Array，F(xiàn)PGA)以其高速的處理速度，豐富的邏輯資源和重復(fù)使用的靈活性，逐漸成為圖像處理技術(shù)的寵兒。
　　本文使用Cyclone IV FPGA芯片設(shè)計了基于Sobel算子的邊緣檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)劃分為六大模塊:時鐘控制模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、顯示模塊和按鍵控制模塊。系統(tǒng)工作時，時鐘控制模塊向其他模塊提供準確的同步時鐘與全局復(fù)位信號。在時鐘的驅(qū)動下，圖像采集模塊開始配置攝像頭寄存器并拼接

3、采集到的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像處理模塊中。數(shù)據(jù)在圖像處理模塊中經(jīng)過中值濾波、邊緣檢測和腐蝕膨脹操作后，送到緩存模塊。緩存模塊完成圖像處理模塊與顯示模塊之間的跨時鐘域傳輸，將信號傳入到視頻圖形陣列(Video Graphics Array，VGA)接口，并將邊緣檢測結(jié)果顯示在屏幕上。按鍵控制模塊用來控制邊緣檢測的閾值大小，完成可變閾值的邊緣檢測。
　　設(shè)計的難點在于攝像頭寄存器的配置，Sobel算法的實現(xiàn)和同步動態(tài)隨機存儲器(S

4、ynchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)的控制。設(shè)計中使用移位寄存器簡化了像素鄰域的生成，同時使用一種快速的中值濾波算法，加快了系統(tǒng)處理速度。在邊緣檢測時，使用外置按鍵實現(xiàn)了動態(tài)閾值邊緣檢測，檢測過后使用腐蝕膨脹算法加強了邊緣檢測的結(jié)果。在SDRAM控制器中使用乒乓Bank緩存方式提高了圖像輸出的流暢度和SDRAM存儲資源的利用率。
　　各個模塊通過Modelsim仿真驗證功能，