基于FPGA的手势图像处理

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1、江苏大学硕士学位论文基于FPGA的手势图像处理姓名：李洋波申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：赵不贿20080605江苏大学硕士学位论文摘要随着微电子技术的高速发展，实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着越来越广泛的应用。FPGA就是硬件处理实时图像数据的理想选择，基于FPGA的图像处理专用芯片的研究将成为信息产业的新热点。论文以FPGA为平台，使用VHDL硬件描述语言设计并实现了中值滤波、顺序滤波、数学形态学、边缘检测等图像处理算法。在设计过程中，通过改进算法和优化结构，在合理地利用硬件资源的条件下，有效地挖掘出算法内在的并行性，采用流水线结构

2、优化算法，提高了项层滤波模块的处理速度。在中值滤波器的硬件设计中，采用一种快速中值滤波算法，该算法大大节省了硬件资源，处理速度也很快，并设计了选择端对多种滑动窗口进行选择，以适应不同的要求。在数学形态学算法的硬件实现中，论文采用的最大值滤波和最小值滤波算法，大大减少了硬件资源的占用率，适应了流水线设计的要求，提高了图像处理速度。整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境Qu衲sII软件上进行了逻辑综合以及仿真。综合和仿真的结果表明，使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得很好的处理效果，达到较高的工作频率，处理速度也远远高于软件法处理图像，可满足实时图像处理

3、的要求。本课题为图像处理专用FPGA芯片的设计做了有益的探索性尝试，对今后完成以FPGA图像处理芯片为核心的实时图像处理系统的设计有着积极的意义。关键词：FPGA，VHDL，图像处理，中值滤波，顺序滤波，数学形态学，边缘检测独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：去珲次日期：乙∞g年6月侈日江苏大学硕士学

4、位论文1．1课题背景第一章绪论图像处型l】是信号与信息处理学科的一个部分，也是诸多计算机领域中最为活跃的一个领域。随着计算机、集成电路等技术的飞速发展，图像处理无论是在算法、系统结构上，还是在应用上以及普及程度上都取得了迅猛的进展。图像处理技术发展到今天，许多技术己经相当成熟，在工业生产、工程、军事、医学以及科学研究等领域中都有着广泛的运用，并取得了巨大的成功和显著的经济效益。人们在图像处理领域的研究很多，也取得了相当多的成果，研究出了很多适用的算法，例如中值滤波、高通滤波等。因为图像在生成过程中常常会受到各种噪声源的干扰和影响而使图像的质量变差，为了抑制噪声，改

5、善图像质量，必须对图像进行滤波、平滑等预处理。由于底层的图像预处理算法处理的数据量大，用一般的软件来实现会比较慢，并且对于一些实时性要求比较高的系统，如视频图像实时处理系引21，处理速度往往是要考虑的关键要素，因为一旦速度跟不上，实时性也就无从谈起。随着数字信号处理器(DSP)和大规模／超大规模集成电路(LSI八，LsI)以及大规模可编程逻辑器件(CPLD，FP(认)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

6、处理速度提供了新的思路和解决方法p】。本文的主要研究内容就是基于FPGA的图像处理算法的实现。1．2数字图像处理技术发展概述数字图像处理是一门年轻的学科，上世纪二十年代，图像处理技术首次应用于图像的远距离传送，用来改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量，直到上世纪五十年代数字计算机发展到一定水平后，数字图像处理才真正引起人们的巨大兴趣，并得到迅速的发展，用计算机进行图像处理，改善图像质量的有效应用开始于1964年美国喷气推进实验室用计算机对“徘徊者七号”太空船发回的江苏大学硕士学位论文大量月球照片进行处理，并收到了明显的效果，此后几年，数字图像处理技术继续用于空

7、间研究计划中，从而大大促进了这一门技术的发展，与此同时，逐渐在其他领域，如生物医学，工业生产，军事侦察中得到了应用，成为一门新兴学科。图像处理系统的发展大致分为三个阶段：第一阶段大体上是20世纪60年代末到80年代中期，当时的代表产品是美国和英国的一些公司推出的各种图像计算机以及图像分析系统。由于这些系统采用机箱式结构，所以系统的体积比较大，虽然功能比较强，但价格比较昂贵。在中国，图像处理系统的研制起步比较晚，主要有清华大学研制的图像采集系统和图像计算机。同样是采用机箱式结构，主流计算机采用小型机。第二阶段是从80年代中期到90年代初期，该阶段的特点是小型化，外部

8、结构不再是