基于FPGA的数字视频图像增强技术的研究

摘要

数字视频图像增强技术在改善视频图像质量、提取重要特征、消除图像噪声等方面有着重要的作用，但其具有实时性好、传输速度快、数据量大等特点，因此对系统提出了更高的要求。FPGA（现场可编程门阵列）具有高速并行性、设计简单灵活、丰富的逻辑单元、可靠性高等优点在视频图像处理技术中的应用成为了研究热点。
　　本文通过对数字视频图像增强技术和FPGA在图像处理中的应用进行了研究，设计了基于FPGA的数字视频图像增强系统。论文主要分为两大部分:数字视频图像增强系统的设计和图像增强算法在FPGA中的实现。其中数字视频图像增强系统的设计包括摄像头采集、SDRAM缓存、VGA显示三个模块;图像增强算法在FPGA中的实现包括窗口生成模块、行列计数模块、图像增强算法模块三个部分。摄像头采集模块的设计包括对摄像头的初始化以及图像的采集;SDRAM缓存模块的设计包括SDRAM控制器的设计、单片SDRAM不同BANK的乒乓操作、FIFO模块处理异步时钟域的设计;VGA显示模块的设计包括数模转换芯片ADV7123的驱动、VGA接口时序的设计;窗口生成模块的设计包括利用FIFO进行行延时、利用寄存器进行列延时来获取窗口内数据;行列计数模块设计主要复用VGA时序模块中的行坐标和列坐标;图像增强算法模块设计包括快速中值滤波算法和加权均值滤波算法在FPGA中的实现。最后利用modelsim仿真软件对各个模块进行功能仿真，验证模块设计的正确性，通过实验结果的仿真图和显示效果图表明该设计的正确性、可行性和可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外技术发展及现状

1．3 论文研究的内容

第二章 图像增强算法及FPGA在图像处理中应用

2．1 图像增强方法

2．2 模板操作

2．3 空间域图像增强方法

2．3．1 中值滤波算法分析

2．3．2 快速中值滤波算法研究

2．3．3 均值滤波算法分析

2．3．4 加权均值滤波算法分析

2．3．5 锐化滤波算法分析

2．4 FPGA在图像处理中的应用特点

2．5 本章小结

第三章 数字视频图像增强系统设计

3．1 数字视频图像增强系统的总体设计

3．2 图像传感器模块

3．2．1 CMOS摄像头

3．2．2 CMOS摄像头的初始化

3．2．3 CMOS摄像头图像采集

3．3 SDRAM缓存模块

3．3．1 SDRAM原理

3．3．2 SDRAM模块设计

3．3．3 SDRAM不同Bank的乒乓操作

3．3．4 异步时钟域数据的交换

3．4 VGA显示模块

3．4．1 VGA接口

3．4．2 VGA时序

3．4．3 VGA驱动模块设计

3．5 本章小结

第四章 图像增强算法的FPGA实现

4．1 图像增强模块的整体设计方案

4．2 窗口生成模块设计

4．2．1 FIFO设计

4．2．2 图像窗口形成模块

4．2．3 行列计数模块

4．3 快速中值算法在FPGA中实现

4．4 加权均值算法在FPGA中实现

4．5 本章小结

第五章 实验仿真与分析

5．1 图像传感器OV7620设计仿真

5．1．1 I2C总线模块仿真

5．1．2 图像传感器采集模块仿真

5．2 SDRAM控制器设计仿真

5．3 VGA显示模块设计仿真

5．4 图像增强算法在FPGA中实现的仿真

5．5 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 研究内容总结

6．2 后续展望

参考文献

作者简介及科研成果

致谢