基于fpga的快速图像处理系统

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1、硕士学位论文基于FPGA的快速图像处理系统FPGA-BASEDFASTIMAGEPROCESSINGSYSTEM杨丽杰哈尔滨工业大学2012年12月国内图书分类号：TP332.1学校代码：10213国际图书分类号：004.31密级：公开工程硕士学位论文基于FPGA的快速图像处理系统硕士研究生：杨丽杰导师：王鸿鹏教授申请学位：工程硕士学科：计算机技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP332.1U.D.C:004.31DissertationfortheMaster’sD

2、egreeinEngineeringFPGA-BASEDFASTIMAGEPROCESSINGSYSTEMCandidate:YangLijieAssociateSupervisor:Prof.WangHongpengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ComputerTechnologyAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:Dec,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstit

3、uteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要图像处理技术目前在很多领域中有着越来越广泛的应用。相对于基于上位机的图像处理系统，嵌入式的图像处理系统在空间可移动性和实时专用性上有非常明显的优势。嵌入式处理器的飞速发展，带来了新的可编程逻辑器件—FPGA。这种新器件拥有上百万个门资源，为实现复杂的信号处理提供了丰富的逻辑资源。此外，由于FPGA的可编程性，用户可以根据自己的需求定制系统。FPGA已经成为了当前视频信号处理系统中的主流方案之一。本文的主要内容是搭建基于FPGA的“软核+硬核”的图像处理系统，并在搭建的系统上完成特定的图像处

4、理任务。系统主要由图像数据采集模块、图像处理模块以及结果输出模块三部分组成。在硬件设备上，我们选择OV7670摄像头模块作为图像输入设备；2.8寸的液晶屏作为结果输出设备；Altera公司的EP2C8Q324C8芯片作为处理器；此外，还需要flash和SDRAM等片外存储器。在系统设计上，首先，需要在FPGA底层使用HDL语言完成摄像头初始化模块、摄像头数据采集模块以及TFT功能切换模块的设计。然后，利用QuartusII软件内集成的SOPCBuilder工具生成Nios/II系统。系统添加了NiosII/f高速CPU、CFI_flash控制器、SDR

5、AM控制器以及和底层模块相连接的PIO口。将生成的NiosII系统和底层的模块进行链接，得到基于FPGA的图像处理系统。在试验中，首先用TFT实时显示摄像头采集到的图像数据验证系统的可行性。之后，分别在上位机和FPGA系统上实现比较经典的小球目标跟踪算法，比较图像处理的性能。试验中，采用基于小球颜色的特征跟踪方法。所不同的是，针对传统的在RGB颜色空间的处理方式，选择在HSV空间内对H分量进行颜色的识别。同时，每一帧图像的中心点位置是通过和上一帧中图像中的中心点位置比较得到的。在系统中，此算法是通过“硬核+软核”的设计方式来实现的。关键词：FPGA；图

6、像处理；SOPC；目标跟踪；HSV-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文ABSTRACTInrecentyears,theimageprocessingtechnologyhasbeenwidelyusedinmanyareas.Embeddedimageprocessingsystemhasgreatadvatageoverpersonalcomputerimagesysteminmobilityandrealtimecharacteristics.Withrapiddevelopmentofembeddedprocessors,theFPGAdevi

7、ceentersourlife.Ithasmillionsofgatecells,whichisnecessarytocomplishcomplexsystemdesign.Inaddition,FPGAisprogrammal.Userscan“customize”theprocessorsbythemselves.Infact,FPGAhasbecameoneofthemostusuallyusedprocessorsinembeddedimageprocessingsystem.Themaintargetofthegraduationdesign

8、isconstructingthe“softIP+hardIP”imageprocessing