用于视觉测量的SOPC技术研究

摘要

视觉测量技术在现代工业生产中的应用非常广泛。视觉测量系统中的图像处理环节已成为影响系统实时性的重要因素。本文通过对几种图像处理方案的比较分析，指出了FPGA在并行处理图像数据、提高系统处理速度方面的优势，研究了基于FPGA的可编程片上系统（SOPC）在设计的灵活性、功能的可裁剪性、软硬件的可编程性和良好的集成性等方面的特点，分析了采用SOPC技术实现图像处理系统的设计思路及流程。
　　 本文研究的重点集中在视觉测量系统中的图像预处理部分和后处理中的点中心定位部分。根据实时图像处理各环节算法的复杂度，对SOPC系统进行了合理的软硬件划分。在此基础上，构建了基于SOPC技术的实时图像处理系统的总体结构，对图像存储、图像处理、系统控制等方面进行了结构设计。在FPGA中实现了中值滤波、直方图统计、二值化以及边缘检测的硬件电路，引入了流水线处理和并行处理等技术，提升了系统的处理速度；利用Nios软核实现了阈值计算和点中心定位功能，增加了系统的灵活性。最后对各模块及系统整体进行了仿真、调试与实验验证，对设计和调试过程出现的问题进行了分析并给出了解决方案。
　　 本系统实现了图像预处理功能，达到了较好的处理效果，并完成了初步的点中心定位。系统能够满足处理速度的要求，节省了硬件开销，具有一定的实用参考价值。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

1.1视觉测量概述

1.2视觉测量系统

1.3视觉测量中的图像处理

1.4课题来源及主要研究内容

1.5本文的结构安排

1.6本章小结

第二章 基于FPGA构建SOPC系统

2.1 FPGA的发展

2.2 FPGA的结构

2.3 FPGA的设计流程

2.4 SOPC系统及嵌入式软核

2.4.1 Nios软核处理器概述

2.4.2基于Nios的SOPC系统设计流程

2.5本章小结

第三章 系统总体方案设计

3.1系统总体设计

3.1.1系统总体框图

3.1.2系统工作流程

3.2板级系统

3.3 SOPC系统的硬件设计

3.3.1 SOPC系统的控制部分

3.3.2 SOPC系统的总线

3.3.3 SOPC系统的数据传输

3.3.4 SOPC系统中的图像处理

3.4 SOPC系统的软件设计

3.5本章小结

第4章 图像处理各模块详细设计与实现

4.1 中值滤波模块的具体实现

4.1.1中值滤波算法的实现原理及步骤

4.1.2中值滤波器各组成模块的实现

4.1.3中值滤波器的仿真结果及实验验证

4.2直方图统计模块的具体实现

4.2.1 统计结果存储器的设计

4.2.2状态机的设计

4.2.3 启动信号和中断信号生成模块的设计

4.2.4 时钟切换模块的设计

4.2.5直方图统计结果验证

4.3 阈值计算

4.4 二值化模块的具体实现

4.5 边缘检测模块的具体实现

4.5.1 Sobel算法的原理

4.5.2 Sobel算法的具体实现

4.5.3边缘检测模块的仿真及实验验证

4.6点中心定位的具体实现

4.6.1点中心定位常用方法介绍

4.6.2点中心定位的具体实现

4.7本章小结

第五章总结与展望

5.1研究工作的总结

5.2研究工作的展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果