基于FPGA的开放式图像处理平台的研究

论文摘要

图像采集处理系统是实现图像信号采集和数字信号处理的综合系统。随着计算机技术和电子技术的快速发展,图像处理技术能够广泛应用于工业、航天、军事、医学等领域,越来越多的行业和设备开始使用到图像采集处理系统。FPGA具有灵活性强、成本低、开发周期短、硬件的并行性和流水线设计等优点,十分适合视频图像的处理,能够满足图像处理大数据量和高速率的要求。本文搭建了一个基于FPGA的开放式图像处理平台,在图像采集处理平台的基础上,采用动态自重构的设计方法,实现系统部分功能的重新配置,可快速完成处理算法的更改,达到开放式的要求。整个系统的设计,包括图像采集、图像存储、图像处理,图像显示和可重构模块。系统通过I2C总线完成对编码、解码芯片的配置。工作时,摄像头采集数据并经过芯片解码成数字信号后发送到SRAM中缓存,FPGA对缓存的数据作预处理,主要是中值滤波处理,并将处理后的数据编码后输出,在显示器上显示图像。重构模块通过FPGA芯片内嵌的微处理器,利用内部配置访问接口ICAP进行数据配置,可动态地改变图像处理模块的功能而不影响其他模块的正常工作。本设计在Xilinx ISE软件中开发,验证了本平台设计的可行性和正确性,以及动态重构技术在资源重构方面的优越性。

论文目录

• 附表
• 摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 FPGA技术概述
• 2.1 FPGA的基本原理和结构
• 2.2 FPGA开发流程
• 2.3 硬件描述语言
• 2.4 可重构概念及原理
• 2.5 FPGA重构方式
• 第三章 图像处理系统设计
• 3.1 系统总体方案设计
• 3.2 图像采集模块
• 3.2.1 SAA7113芯片及其初始化
• 3.2.2 I2C总线及其配置
• 3.2.3 视频解码模块设计
• 3.3 图像存储模块
• 3.4 图像显示模块
• 3.5 可重构模块
• 第四章 可重构模块设计实现
• 4.1 可重构模块框架图
• 4.2 局部动态自可重构系统设计实现
• 4.3 简化实验及分析
• 第五章 图像数据预处理
• 5.1 图像处理的方法
• 5.2 中值滤波算法的FPGA实现
• 5.2.1 快速中值滤波算法
• 5.2.2 中值滤波算法的硬件实现
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书