探析图像配准核心算法的硬件实现研究

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1、北京交通大学硕士学位论文图像配准核心算法的硬件实现研究姓名：马锐申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：魏学业20040301y586353北京交通大学硕士学位论文摘要图像配准是图像处理的基本问题，是对同场景多图像分析的基础，是近年来迅速发展的图像处理技术之一，其中基于变换域的图像配准方法是最基本的傅立叶变换方法，研究其硬件实现具有重要的价值和现实意义。大规模可编程逻辑器件是近年来为适应专用集成电路的设计需求而迅速发展起来的一种新型可编程ASIC器件，它的应用和发展以及超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)的出现，使得电子设

2、计的规模和集成度不断提高，同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的推陈出新。本文主要目的就是针对中国卫星跟踪系统中的图像模糊想象，研究如何使用FPGA实现图像配准系统中的核心算法—二维FFT，并在此基础上，设计一个基于FPGA的图像配准系统。本设计回顾了快速傅立叶变换的各种算法，比较了算法的复杂性，对它们是否适合硬件实现进行了讨论分析，对FF丁实现的硬件结构和误差问题进行了研究。在FFT算法设计过程中，采用基4和基2的混合算法，使用递归结构和块浮点运算方式，解决了蝶形运算、数据传输和数据存储的协调一致问题;并将双端口RAM，只读ROM，

3、控制单元，运算单元，地址生成单元等全部内置在FPGA内部;整个设计过程采用自顶向下的设计方法，遵循模块化、规则化和局部化的原则，使用同步设计的思想，使整个系统的数据传输和处理速度得到很大提高，有效合理地解决了资源和速度相互制约的问题。本文采用VHDL语言和图形输入混合的方法，利用Altera公司的芯片资源和Quartus11系列EDA开发软件，使用一片EP1k100208芯片实现了二维FFT算法，并进行了仿真验证。本文搭建了一个验证系统，对FPGA算法模块进行测试和数据分析，并在此基础上，设计了一个基于FPGA和DSP的图像配准系统，D

4、SP作控制芯片，FPGA主要进行高速、大规模的数字信号处理算法。通过对硬件快速算法进行调试和验证，这种设计不但可以满足系统的实时性要求，也合理的解决了资源、速度及价格之间的关系。关键词:图像配准图像处理现场可编程门阵列快速傅立叶变换超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)专用集成电路(ASIC)o未经作者、导9+Glui忽如奋幸芬布北京交通大学硕士学位论文AbstractImageregistrationisafundamentaltaskinimageprocessing.Itisthebasicstepformulti-imagean

5、alysisofthesamesceneanddevelopsrapidlyinrecentyears.ThemethodofimageregistrationbasedonthetransformedspaceisthefundamentalFouriertransformmethod.Theresearchontheimplementationofhardwareofthemethodisimportantandnecessary.WiththedevelopmentofApplicationSpecificIntegratedCi

6、rcuitandtheappearanceofVeryhighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescription,greatprogresshasbeenmadeinprogrammablelargescalelogicdevices.Thescaleandintegrationofelectronicsystemarebeingenlargedcontinuously.Hencethemethodandideaofelectronicsystemdesigningareimprovedfromtimet

7、otime.Thethesisisdevotedtotheresearchprojectofimageregistrationtoovercomethefaintnessofimageinthissatellitetrackimagesystem.Inwhichthemostdificultalgorithmmoduleis2-DFFT.Thepurposeofthispaperisstudyingthehardwareimplementationmethodof2-DFFTusingFieldProgrammableGateArray

8、(FPGA)anddesigningasystemofimageregistrationbasedonFPGA.ThemainkindsofFFTalgorithmsarereviewedandwhethe