基于FPGA的CMOS彩色图像变化ＩＰ设计【文献综述】

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1、毕业设计（论文）文献综述题目：基于FPGA的CMOS彩色图像变化ＩＰ设计专业：电子信息工程1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）图像信息是人类获取的最重要的信息之一，图像的采集和处理在现代多生产发展领域中占有重要的地位。在日常生活中，常用于数码相机、可视电话、多媒体IP电话和电话会议等产品;在工业生产中，图像采集可用于材料分析、锅炉火焰监测等;在生物医学领域，图像采集可以用于B超、CT、病理分析等;在金融领域，图像采集可以用于票证处理，柜员机自动检测等;在航空航天领域，可以用于各种运动目标的自动制导、运动物体的经纬度测定以及夜间侦察等【1】。对任意一个图像采集系统而言，

2、周围环境的图像信息都是来自于图像传感器。图像传感器获得的原始图像信息的完整性和正确性，对于整个采集系统是相当重要的，直接决定了最终的成像效果。从原始图像到最终形成的真彩色图像的变换过程，称为色彩恢复，又叫颜色插值。颜色差值在图像压缩、解码和数字图像采集系统彩色实时显示方面有着非常重要的应用，在过去二十年中一直是研究热点，同时也产生了大量有价值的插值算法。目前，采用硬件来实现各种图像处理算法，成为了最新的研究热点。因此，充分利用硬件系统并行运算的速度优势，积极开展基于FPGA的颜色插值算法研究，并将其应用到图像采集系统当中，具有重要的理论和现实意义【3】。随着CMOS工艺

3、的不断发展，它的系统集成度、动态范围、感光度、功耗等性能大幅提高，使得CMOS传感器越来越多的进入不同领域。CMOS传感器的集成度高、体积小、重量轻，它最大的优势是具有高度系统整合的条件，因为采用数字——模拟信号混合设计，从理论上讲，图像传感器所需的所有功能，如垂直位移、水平位移暂存器、传感器阵列驱动与控制系统（CDS）、模数转换器（ADC）接口电路等完全可以集成在一起，实现单芯片成像，避免使用外部芯片和设备，极大地减小了器件的体积和重量。CMOS-APS使用单一工作电压，功耗低，仅相当于CCD的1/10-1/100，还可以与其他电路兼容，具有功耗低、兼容性好的特点。并

4、且CMOS传感器使用与制造半导体器件90％的相同基本技术和工艺，且成品率高，制造成本低，目前用于摄像的50万像素的CMOS传感器不到10美元【2】。如今，追求高速度成为了图像处理的一个重要发展趋势。由于DSP处理器没有摆脱传统CPU的串行指令执行方式，其图像处理的速度问题一直是一个很难突破的设计瓶颈。随着大规模集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)技术的发展，它们在图像领域的应用越来越广泛。这就使图像采集和处理设计朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展，也为图像采集和处理系统的设计与实现提供了新的方法和思路【2】。本课题设计基于FPGA的CMOS彩色

5、图像变化IP，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FPGA的图像数据转化处理IP，实现Bayer格式到RGB格式的转化的设计，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，实现从黑白图像还原高清彩色图像。2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件。自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来，FPGA的集成密度和性能提高很快，其集成密度最高达500万/片。系统

6、性能可达百兆赫兹。FPGA是在PAL,GAL等可编程逻辑器件的基础上发展起来的大规模可编程逻辑器件。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，可以替代几十甚至上百片通用LC芯片。FPGA具有可编程性和实现方案容易改动的特点，器件内部的硬件连接关系的描述可以存储在ROM,PROM,EPROM和磁盘中，因而在器件及其外围电路保持不动的情况下，换一片EPROM芯片，就能实现一种新的功能【5】。USB、串口、并口是PC机和外设进行通讯的常用接口，但对于数据量大的图像来说，若利用串行RS-232协议进行数据采集，速度不能达到

7、图像数据采集所需的要求；而用USB进行数据采集，虽能满足所需速度，但要求外设必须支持USB协议，而USB协议与常用工程软件的接口还不普及，给使用带来困难。有些用户为了利用标准并行口(SPP)进行数据采集，但SPP协议的150kb/s传输率对于图像数据采集，同样显得太低【4】。FPGA用于图像处理有比较大的优势。实时图像处理对数据处理能力和吞吐量有很高的要求。以一幅分辨率为640X480的10位彩色图像为例，其数据量达到了384K字节。各种图像处理算法因为计算过程复杂，也需要处理器有足够强大的运算能力。因此，要想保证图像处理的实时性，系统的