基于FPGA的高速图像号码识别系统研究与实现

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。