基于FPGA的高速图像号码识别系统研究与实现

论文摘要

图像处理技术起源于上个世纪20年代。60年代后期至70年代中期，随着相关技术在规模、速度以及经济效益上的改进，特别是离散数学理论的产生与完善，使数字图像处理技术得到迅速的发展。本文所研究的数字图像处理系统，分为两部分，首先是数字图像采集部分，主要研究以CIS+CPLD的设计方案来实现高速图像数据采集；其次数字图像处理部分，主要研究以FPGA为核心，集成流水线结构的硬件处理模块，完成重复繁琐的数字图像处理过程。以高性价比、微型化设计方案实现数字图像的实时处理，解决了其它计算机系统在数字图像处理方面“先天性”的带宽不足、计算效率低和高成本等问题。本文采用CIS+CPLD的设计方案实现了高速图像数据的采集。利用可编程逻辑器件CPLD完成CIS图像传感器的驱动和AD采样的时序控制。通过精确控制CIS的工作频率和采集行间时间差，实现了传感器与点钞机的同步运行。在研究过程中，首先进行了硬件电路设计，制板和电路调试。第二步完成CPLD的各部分的程序设计、仿真和下载实验。第三步完成采集卡PCI1714的调试工作，包括编写图像采集和图像编码存储程序，最后完成联机调试。本文对所用到的一些图像处理算法做了一些改进，使其适应FPGA处理核心。首先用中值滤波完成图像的降噪、用Sobel算子完成图像的边缘检测。并首次提出了构建匹配矩阵，实现图像识别的匹配算法，利用FPGA的逻辑运算能力，构建数字图像识别矩阵，以匹配算法为基础，实现图像识别的同步处理。最后，对各部分都进行了实验、仿真和联机调试。图像采集系统、基于FPGA的图像预处理系统和图像识别系统都能与点钞机的实现高速同步运行，很好的满足实时性要求，达到了预期的目的。由于整个设计采用高速实时处理技术，处理效率极高，为图像处理系统的应用与研究提供了新的技术方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 图像识别技术发展历史及研究现状
• 1.2 票据字符识别系统
• 1.3 本文研究的主要内容与课题来源
• 第2章 数字图像处理技术
• 2.1 图像传感器
• 2.1.1 CCD 图像传感器
• 2.1.2 CMOS 图像传感器
• 2.1.3 CIS 图像传感器
• 2.2 数字图像采集
• 2.2.1 数字图像成像的信息源
• 2.2.2 数字图像采集系统
• 2.2.3 图像传感器输出信号的处理
• 2.2.4 图像传感器输出信号的 A/D 采样
• 2.3 数字图像处理技术的常用技术
• 2.3.1 数字图像处理技术的基本概念和起源
• 2.3.2 数字图像的常用处理技术
• 2.3.3 数字图像识别的匹配算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 图像采集系统设计
• 3.1 图像采集系统结构设计
• 3.2 图像传感器与模拟前端设计
• 3.2.1 图像传感器的选型
• 3.2.2 CIS 图像传感器的功能参数及工作原理
• 3.2.3 CIS 输出信号模拟前端信号处理
• 3.3 时序同步控制设计
• 3.3.1 CPLD 器件的选型
• 3.3.2 图像采集时序控制原理
• 3.3.3 图像采集系统时序控制程序设计
• 3.4 高速图像采集的实现
• 3.4.1 图像采集的 A/D 方案选择
• 3.4.2 图像数据采集设计
• 3.4.3 高速图像采集的实现与实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于 FPGA 的图像预处理
• 4.1 图像降噪处理
• 4.1.1 噪声分析及处理方法
• 4.1.2 中值滤波器设计
• 4.1.3 中值滤波器实现
• 4.2 图像的增强处理
• 4.2.1 基于微分的图像增强
• 4.2.2 图像锐化增强算法的实现
• 4.3 图像识别的预处理
• 4.3.1 图像的二值化
• 4.3.2 图像的垂直切分
• 4.3.3 字符规格化处理
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于图像匹配的号码识别系统设计
• 5.1 设计思想
• 5.2 系统结构设计
• 5.2.1 字符识别的常用方法
• 5.2.2 钞票号码识别系统应用分析
• 5.2.3 匹配模板特征库
• 5.2.4 识别系统设计
• 5.3 基于 FPGA 的号码识别系统的实现
• 5.3.1 匹配矩阵设计
• 5.3.2 识别矩阵的实现与仿真
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录