基于fpga超分辨率图像系统设计与实现

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1、万方数据AThesisinCircuilsandSystemsDesignandImplementationofSuperResolutionImageSystemBasedonFPGAByWangLuSupervisor：AssociateProfessorLiJinghongNortheasternUniversityJune2012万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工

2、作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢=亡巴思。学位论文作者签名：王五炒日期：2Df2，6．／D学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年日学位论文作者签名：王妫焐签字日期：doa7，b，f0导师签名：签字日期：奢专声伽J2．占．／o万方数据

3、东北大学硕士学位论文摘要基于FPGA的超分辨率图像系统的设计与实现摘要随着人们对图像分辨率要求的提高，现有成像设备的分辨率并不能满足他们的要求。在数字图像的获取过程中，也会因为一些人为的操作不足，并不能获得满意的成像。但是通过改善成相设备来获得高分辨率图像需要很高的成本，于是通过算法提高图像的分辨率的方法受到了广泛的关注。图像超分辨率(SuperResolution)技术就是以解析延拓和信息叠加管理论为基础，试图复原衍射极限之外的信息，使图像获得更多的细节和信息，达到提高分辨率的目的。基于FPGA(FieldProgrammableGate

4、Array，现场可编程门阵列)的系统，充分利用硬件上的特性可以满足高速图像处理的需要。加上使用SOPC(SystemOnaProgrammableChip，可编程片上系统)技术可使设计更加灵活，并实现软硬件可在线编程，便于系统的更新。本文设计了一个基于FPGA的超分辨率图像系统，采用Altera公司的DE2开发板作为硬件平台，SDRAM(SynchronousDynamicRAM，同步动态随机存取存储器)对图像存储，VGA(VideoGraphicArray，显示绘图阵YU)显示器对超分辨率重建后的图像进行显示。整个系统是采用软件和硬件协同

5、设计方式实现的。硬件方面：首先根据系统的总体需求分析，设计和实现了各个模块，包括图像采集模块，SDRAM模块，图像显示模块和超分辨率图像模块。通过QuartuslI软件，利用硬件设计语言搭建硬件系统。再使用SOPCBuilder来构建Superresolmion模块作为后续分析运算平台。算法方面：针对序列图像之间超分辨率重建算法展开，通过对图像超分辨率原理与理论的研究，在MATLAB上尝试了双线性插值、POCS(ProjectionOntoConvexSets，凸集投影)、MAP(MaximumAPosterior，最大后验概率估计)算法。

6、通过对算法进行分析比较之后，本文选择了基于MAP的序列图像重建算法，并在FPGA上实现了此算法。首先对图像进行灰度变换和降质变换，然后对低分辨率图像进行插值并引入了先验知识和条件概率构建目标函数，最后对图像进行MAP估计下的投影迭代运算来获取较单幅图像更多的信息，使图像的效果更好，细节更丰富。此算法是在NiosIIIDE环境下采用C语言实现的。经过不断的调试和运行修改得到了满意的高分辨率图像。关键词：超分辨率；MAP；插值；FPGA—II—万方数据东北大学硕士学位论文AbstractTheDesignandImplementationofS

7、uperResolutionImageSystemBasedonFPGAAbstractAspeople’Srequirementstotheimprovementofimageresolution，theexistingimagingdeviceresolutionareoftenunabletomeettheirrequirements．Inthedistalimageacquisitionprocess，becauseofsomeartificialoperation，peoplealsocan’tobtainsatisfactory

8、imaging．Inordertoobtainahigherresolutionimageintermsofimagingdeviceimprovementsitneedhigh