基于FPGA的图像处理算法的研究与设计

论文摘要

“机车车辆轮对动态检测装置”是一种动态非接触测量装置,对保证机车安全运行起到重要作用。本文就“机车车辆轮对动态检测装置”为背景,研究图像处理的算法,旨在提高图像处理速度和精度。本文的实验平台是红色飓风系列的FPGA(Field Programmable Gate Array)开发板;开发软件是Altera公司的QuartusⅡ6.0和第三方仿真工具Modelsim SE 6.1f;使用的语言是硬件设计语言Verilog HDL(Hard DesignLanguage)。本文涉及的图像处理包括三部分——视频采集及数字化、图像增强和曲线提取。视频采集部分详细介绍了视频信号的格式,完成了对视频解码芯片SAA7113的配置,并且根据处理需要提取了视频信号中的亮度信号,进行存储。图像增强和特征提取部分调研了灰度级修正、平滑降噪、边缘检测、轮廓提取中的典型算法,并对各个算法的特点加以分析总结。根据处理对象的特点和FPGA自身的特点对Canny算子和轮廓提取的算法予以改进。将直方图均衡化、加权均值滤波、传统中值滤波、多级中值滤波、Sobel算子、改进的Canny算子和改进的链码法在FPGA上实现。结果表明以上各种算法在FPGA上实现的可能性和正确性。最后根据实验结果,综合考虑算法的速度、处理精度和实现的复杂度等因素选择出适合本系统的处理方法,对提高装置性能起到一定作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.2 研究背景及意义
• 1.1.2 国内外现状及方案确定
• 1.2 开发环境简介
• 1.2.1 开发板简介
• 1.2.2 软件开发工具简介
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 图像数据的采集
• 2.1 视频信号的格式
• 2.2 视频信号采集的流程
• 2.3 图像的数字化
• 2.3.1 SAA7113简介
• 2C简介'>2.3.2 I²C简介
• 2.3.3 配置SAA7113
• 2.4 亮度信号提取
• 2.5 数据存储
• 第3章 图像增强算法及FPGA实现
• 3.1 灰度级修正
• 3.1.1 直方图均衡化原理
• 3.1.2 直方图均衡化的FPGA实现
• 3.2 平滑降噪
• 3.2.1 噪声类型概述
• 3.2.2 降噪算法原理及特点
• 3.2.3 降噪算法的FPGA实现
• 3.3 边缘检测
• 3.3.1 边缘检测概述
• 3.3.2 边缘检测算法原理及特点
• 3.3.3 边缘检测算法的FPGA实现
• 第4章 特征提取算法及FPGA实现
• 4.1 轮廓提取的方法及其特点
• 4.1.1 爬虫法
• 4.1.2 链码法
• 4.1.3 标记法
• 4.1.4 综合比较
• 4.2 轮廓提取算法的改进及 FPGA实现
• 4.2.1 链码法的改进
• 4.2.2 改进的链码法的FPGA实现
• 第5章 实验分析及结论
• 5.1 直方图均衡化
• 5.2 平滑降噪
• 5.3 边缘检测
• 5.4 边缘提取
• 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表（录用）的论文
• 附录