基于FPGA的图像显示系统设计及反走样算法研究

摘要

图像显示系统随着科技的不断发展已被广泛应用于社会生活各个领域中，人们对其处理速度和显示质量的要求也越来越高，因此根据国内外先进设计经验，研究和设计出更优良、实用的图像显示系统已成为当前科研领域的热点。本文针对图像显示系统在航空电子等领域的典型应用，构建了一个高速、清晰、可移植的彩色图像显示系统，系统能实时叠加显示飞机外景实况和各种飞行参数画面。
　　本文在分析当前图像显示系统构架各自优缺点的基础上，设计了一套以FPGA为核心的图像显示系统。该系统利用FPGA的并行执行、内部逻辑资源丰富等特点，采集外部视频图像并对其进行颜色插值处理，同时接收上位机发送的图形命令完成各种图形画面的绘制。本文首先通过增加图形缓存模块和中断处理机制完成了基于单片DDR2SDRAM存储结构的设计，避免了DDR2读写冲突，同时保证了系统中数据的完整性和显示的实时性；接着阐述了视频图像采集和处理模块在FPGA上的设计和实现，在双线性插值法基础上提出一种改进的颜色插值算法，该算法通过引入像素方向标志的概念提高了插值精度；然后研究了图形生成模块中各个基本图形的快速生成及反走样算法，针对小角度直线“麻花”状走样，在现有反走样算法基础上进行改进，通过选择修正函数对直线像素灰度进行均匀修正，减少了相邻像素的灰度变化幅度，算法简单易行并有效的提高了小角度直线的显示效果。最后，在上述系统软硬件结构、颜色插值以及反走样算法的研究基础上，本系统实现了机载仪表与彩色视频图像画面的叠加显示。
　　测试结果表明，本文设计的图像显示系统能够快速完成视频图像采集与图形生成工作，采用的颜色插值算法和图形反走样算法能有效地改善显示效果，满足图像显示系统对显示质量与处理速度的要求。该系统工作性能良好，为提高诸如机载图像显示系统的性能提供了一个可行的技术方案。

目录

声明

缩略词注释表

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要内容

1.4论文结构

第二章图像显示系统架构

2.1基于FPGA的硬件架构设计

2.2 FPGA内部模块结构

2.3本章小结

第三章视频图像采集和颜色插值处理算法研究

3.1视频图像采集和处理模块设计

3.2图像颜色插值模块设计

3.3帧速率提高模块设计

3.4本章小结

第四章图形生成模块设计及反走样算法研究

4.1图形反走样研究

4.2基本图形生成及反走样算法研究

4.3图形缓存模块设计

4.4本章小结

第五章系统在航空电子领域中的应用及性能测试

5.1显示实时性分析

5.2图形生成方法及结果测试与分析

5.3整体性能测试与分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1本文主要工作及创新点

6.2今后的工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录