基于FPGA的图像处理系统设计

论文摘要

图像处理技术广泛应用于当今的各个领域,而FPGA具有逻辑灵活和可并行处理的特点,二者的结合则具有独特的优势。本课题结合国家自然基金项目“基于单目图像和方向的测距系统及关键技术研究（NO.60872136）”的技术要求,研究开发了一种基于FPGA的图像处理系统。根据目前基于FPGA的图像处理现状以及FPGA器件发展趋势,确定了以Altera公司的Cyclone Ⅱ FPGA作为主处理芯片,建立了基于NIOS Ⅱ这一精简指令架构（RISC）嵌入式处理器的SOPC图像处理系统,以利于发挥NIOS Ⅱ CPU的高性能和灵活性好的特点。该系统由硬件部分和软件部分组成。硬件部分在Quartus Ⅱ和SOPC Builder中进行开发。SOPC Builder负责选择合适的NIOS Ⅱ处理器与系统相关组件、外设,生成SOPC软核；Quartus Ⅱ负责完成系统顶层模块的编写以及相关设置,并编译整个图像处理系统,生成硬件平台。软件部分在NIOS Ⅱ IDE集成开发环境中进行开发,编程实现了SD卡的驱动、FAT32文件系统下的文件读取、图像SURF特征点的提取、图像匹配以及特征线段的计算等功能。最后,从CPU类型、乘法器实现、自定义指令、SURF算法、工程大小、运行内存以及编译器选项等方面对设计系统时所做的优化工作进行了全面的总结。实验结果表明,所设计的系统可以完成既定的功能,处理时间在0.18秒左右,是一个功能完整的图像处理系统。本文所做的工作为DSP+FPGA的图像处理系统奠定了FPGA方面的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 FPGA图像处理技术及发展现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 论文的内容安排
• 第二章 基于FPGA的SOPC系统及NIOS Ⅱ处理器
• 2.1 Altera Cyclone Ⅱ系列FPGA介绍
• 2.2 SOPC Builder开发工具
• 2.3 NIOS Ⅱ处理器
• 2.4 SOPC开发流程
• 2.5 开发板资源
• 2.6 本章小结
• 第三章 图像处理系统的结构
• 3.1 图像处理系统的总体设计
• 3.2 系统硬件组成
• 3.3 自定义指令
• 3.4 本章小结
• 第四章 图像处理系统的软件设计
• 4.1 SURF算法
• 4.2 SD卡驱动设计及FAT32文件系统
• 4.2.1 SD卡驱动设计
• 4.2.2 FAT32文件系统
• 4.3 算法编程及调试
• 4.3.1 NIOS Ⅱ IDE简介
• 4.3.2 软件编程及运行
• 4.4 系统优化
• 4.4.1 硬件优化
• 4.4.2 软件优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结及展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文或科研工作