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基于FPGA的图像处理系统

程浏  
【摘要】:数字图像处理技术在日常生活、生产建设、国防安全等方面有着广泛的应用。传统的图像处理技术在处理大量数据时很难同时满足处理效果和实时性要求,芯片技术的快速发展,使得通过硬件实现数字图像的实时处理成为可能,其中FPGA(现场可编程门阵列)由于其并行计算的特点成为了实时图像处理的理想选择。 论文概述了数字图像处理的发展现状,以及FPGA的结构特点、工作原理、开发流程及工具。在深入分析数字视频标准的基础上,详细讨论了基于FPGA的实时图像处理系统的开发过程和采用的关键技术。系统实现了视频采集功能、图像处理功能和图像显示功能,包括视频采集模块、I~2C总线配置模块、异步FIFO(先进先出)模块、解码模块、DDR控制模块、图像处理模块和显示模块在内的各功能模块完全采用FPGA芯片实现。由CCD传感器采集的视频信号传输给解码芯片TVP5150PBS,经A/D转换为ITU-R BT.656格式的视频信号,经异步FIFO缓冲后送入解码模块获得要处理的灰度图。图像由DDR SDRAM帧缓存,在传给图像处理模块进行预处理后由D/A转换芯片SAA7121H转换为模拟信号输出。 在图像处理模块中,充分利用FPGA并行计算的特点,改进了滤波算法,结合流水线结构,提高了算法的处理速度。同时,利用Simulink与System Generator来进行算法的模块化设计,简化了实现过程,极大地提高了开发速度。通过对系统进行仿真和测试,验证了算法模块能有效实现预期功能。 通过该系统的设计表明,FPGA芯片不仅可以起到胶合逻辑的功能,对外围模块进行控制和连接,而且可以取代DSP(数字信号处理器)处理器完成图像处理算法的实现。采用FPGA实现图像处理是一种稳定、有效、经济的方案。


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