基于FPGA的实时彩色图像边缘检测系统设计

摘要

边缘是图像的基本特征之一。作为数字图像处理技术的一个基础环节，图像边缘检测的质量往往决定着后续高层次图像处理的质量。图像边缘检测技术在社会生产和生活中应用越来越广泛。如何快速、准确提取图像边缘信息成为国内外研究的热点和难点。随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展，图像处理系统正朝着小型化、多样化的方向发展。基于FPGA的边缘检测解决方案设计灵活、实时性好，能够满足人们对图像处理设备小型化、低成本的需求，有着很好的应用前景。研究基于FPGA的边缘检测解决方案有很大的现实意义。
　　受FPGA运算能力的限制，现有的基于FPGA的图像边缘检测解决方案主要集中在基于算子的边缘检测方法，特别是改进Sobel算子和简化Canny算法两个方向。现有基于FPGA的边缘检测解决方案使得边缘检测处理速度得到了较大提升，但边缘检测的质量还有待提高，算法自适应性差。并且现有基于FPGA边缘检测方案多是针对灰度图像，而忽略了理论上包含更多边缘信息的彩色图像。
　　针对以上问题，本文分析了经典边缘检测算法，用中值滤波、扩展的四方向算子模板、非极大值抑制来改进传统边缘检测算子，提高了边缘检测的图像质量；并采用基于梯度直方图二阶导数自动选取阈值的方案，增强了算子自适应能力。并将改进算法推广到彩色图像边缘检测，取得了良好的结果。
　　本文设计了基于FPGA的实时图像处理系统，系统能够较好实现图像采集、存储和显示。并在此系统的基础上实现和验证了改进算法的并行运算电路。
　　实验结果表明，本文基于FPGA的图像边缘检测方案在边缘检测质量、自适应性方面有了较大提升。总体来讲，本文是对FPGA技术在嵌入式图像处理领域应用的一次有益探索。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文的主要工作及内容安排

第2章 基于FPGA的实时图像处理系统设计

2.1 系统总体设计

2.2 图像采集模块设计

2.3 图像存储模块设计

2.4 图像色彩空间转换

2.5 VGA图像显示模块设计

2.6 本章小结

第3章 图像边缘检测算法研究

3.1 经典边缘检测算法分析

3.2 一种改进的自适应阈值的Sobel边缘检测算法

3.3 扩展的彩色图像边缘检测算法

3.4 本章小结

第4章 基于FPGA的实时图像边缘检测算法实现

4.1 并行算法设计

4.2 实验结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢