基于FPGA的高速图像预处理技术的研究

论文摘要

现代信息社会的迅猛发展,使得待处理的信息量急剧增加,图像预处理方面的研究与应用受到了广泛的关注。近年来,FPGA技术的发展不断将数字信号处理领域的理论研究成果应用到实际系统中,并且推动了新的理论和应用领域的发展,对图像处理领域的技术发展也起到了十分重要的作用。本文研究了一种基于FPGA的高速图像预处理技术。其主要功能是对采集来的高速图像进行预处理。设计采用直方图均衡化算法、中值滤波算法、Sobel锐化算法来改善图像质量。文中提出的中值滤波和锐化算法的改进算法,提高了预处理速度且改善了图像的效果。本文涉及的图像高速图像预理系统的硬件部分,采用了以FPGA作为核心运算单元的设计思想,针对项目的具体应用和实现本课题的要求,进行了设计。该系统主要由直方图均衡化模块、中值滤波模块、锐化模块组成。系统的关键算法用VHDL硬件编程语言实现,成功设计出相关的功能模块。文中详细介绍了各个模块的实现方法,并在QuartusII开发平台上进行仿真测试,仿真结果表明,性能达到高速处理的指标,同时还具有一定的通用性。该系统的结构充分发挥了FPGA高速、并行的计算能力,且能在信号读出过程中实时地完成图像预处理。将该结构应用在图像处理的前端,不需要额外占用处理时间,为后端信息处理节约出时间,是一种高效、快速的预处理方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究目的和实际意义
• 1.3 实时数字图像处理技术发展概述
• 1.4 图像预处理开发环境介绍
• 1.4.1 FPGA/ASIC介绍
• 1.4.2 VHDL硬件描述语言及QuartusII平台
• 1.4.3 VHDL与计算机软件语言的比较
• 1.4.4 VHDL基本设计流程
• 1.4.5 Quartus II 开发软件简述
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 数字图像预处理相关算法比较分析
• 2.1 灰度修正
• 2.2 图像平滑滤波
• 2.2.1 清除孤立噪声点
• 2.2.2 邻域滤波
• 2.2.3 中值滤波
• 2.3 边缘锐化
• 2.4 本章小结
• 第3章 图像预处理算法的FPGA实现
• 3.1 灰度直方图均衡化的设计与实现
• 3.1.1 直方图均衡化算法流程
• 3.1.2 直方图均衡化算法的VHDL实现
• 3.2 中值滤波算法的设计与实现
• 3.2.1 中值滤波算法流程
• 3.2.2 中值滤波算法的VHDL实现
• 3.3 图像锐化的设计与实现
• 3.3.1 图像锐化算法流程
• 3.3.2 图像锐化算法各模块的VHDL实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 图像预处理算法的FPGA仿真结果
• 4.1 图像预处理算法的仿真结果及分析
• 4.1.1 直方图均衡化算法的仿真波形及速度评估
• 4.1.2 中值滤波算法仿真波形及速度评估
• 4.1.3 锐化算法的仿真波形及速度评估
• 4.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢