基于FPGA的CMOS彩色图像变化ＩＰ设计【开题报告】

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1、毕业设计（论文）开题报告题目：　　　基于FPGA的CMOS彩色图像变化ＩＰ设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　专业：电子信息工程1选题的背景、意义CMOS是一种采用CMOS(ComplementaryMetal-oxide-semiconductor,互补金属氧化物半导体)工艺制造的图像传感器。相比于CCD器件,具有集成度高、功耗低、体积小、工艺简单、开发周期短等优点,近年来在工业、监控、航空和航天等众多领域显示出强劲的发展势头【1】。利用FPGA处理数据量大、处理速度快,结合CMOS图像传感器MT9M001和BayerCFA格式图像的特点,设计一种基于

2、FPGA的图像数据转换处理系统,提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案,研究CFA图像插值算法,实现基于FPGA的实时线性插值算法,对Bayer图像格式进行插值恢复全彩色图像,实现从黑白图像还原高清彩色图像。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理,占用系统资源很少,用较少的时间完成了图像数据的转换,从而提高了效率【2】。FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解

3、决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块【7】。CMOS图像传感器采集到的都是经过滤波镜片后的Bayer

4、格式马赛克图像,为了恢复丢失掉的色彩信息,必须经过插值计算。随着大规模/超大规模集成电路以及大规模可编程逻辑器件(CPLD/FPGA)的高速发展和广泛应用，实时图像处理也得到了非常迅速的发展。为了提高图像处理的速度，满足系统实时要求，可以用硬件来实现对图像的处理，FPGA芯片便是目标硬件的理想选择之一，同时FPGA的应用也为提高图像处速度提供了新的思路和解决方法【11】。本课题设计基于FPGA的CMOS彩色图像变换IP，实现Bayer格式到RGB格式转换的设计,研究CFA图像插值算法,实现基于FPGA的实时线性插值算法,对Bayer图像格式进行插值恢复全彩色图像,实

5、现从黑白图像还原高清彩色图像。2相关研究的最新成果及动态视频便携式摄像机、掌上电脑、PDA和保安设备的巨大需求推动了CMOS图像传感器的广泛应用。其中以APS发展最为迅速，过去工艺中各种不易解决的技术问题现在都能找到相应的解决办法，图像质量得到大大改善，像素规模已由最初的几万像素发展到现在的几百万上千万像素。且CMOS传感器芯片已广泛用于数码相机、保安监控和医疗设备等诸多领域。在低分辨率应用领域中，Pinkhill公司用于娱乐和玩具行业的成像系统，Marshall公司推出的单片照相机，VLSIVision公司生产的用于儿童娱乐即时拍照新概念相机，韩国汉城国立大学电子

6、工程学院集成系统实验室利用64×256阵列传感器开发的指纹识别系统等；在中、高分辨率应用领域，CMOS图像传感器也得到广泛的发展和应用，如VLSIVision生产的单色384×287像素和320×243像素的CMOS摄像机及阵列达1000×800的用于数字相机的彩色图像传感器，美国Omnivision公司开发的CMOS图像传感器系列产品有640×480，1024×768(黑白、彩色)图像传感器及正在开发的高分辨率1280×1024图像传感器，Rockwell半导体系统所研制的用于数字和视频领域的640×480，800×600，960×720阵列高分辨率CMOS图像传

7、感器，美国宇航局喷气实验室设计制造的含有1024×1024阵列CMOS图像传感器的彩色相机，Sunni公司正在开发用于指纹识别和二维条形码识别的高集成度CMOS图像传感器【13】。高速性是CMOS电路的固有特性，CMOS图像传感器可以极快地驱动成像阵列的列总线，并且ADC在片内工作具有极快的速率，对输出信号和外部接口干扰具有低敏感性，有利于与下一级处理器连接。CMOS图像传感器具有很强的灵活性，可以对局部像素图像进行随机访问，增加了工作灵活性【15】。与以往的PAL,GAL等相比较，FPGA的规模较大，集成度高，适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，可以替代几十甚