基于FPGA的一种高速实时图像分割系统研究及其应用

摘要

研究表明，人类在交往中传递信息的主要渠道是语音和图像，在人类接受信息中，据统计:听觉占20％，视觉60％，其他（味觉，触觉，嗅觉）占20％，因此，图像是人类进行信息传递的重要媒介。随着图像处理的应用范围越来越广泛，越来越多的研发资源投入到图像处理的研究中去。
　　 本论文利用FPGA来设计一种图像分割处理系统，图像分割是图像处理的基本环节，也是进行图像处理的第一步，是减少后期图像分析数据量的重要方法。图像分割把图像表示为物理上有意义的几个连通区域的集合，筛选出有效信息，是解决起来比较困难的一个问题，也是一个很重要的环节。对于图像分割后接下来的任务，如特征提取、目标识别等的质量的好坏都取决于是否有一个质量比较好的图像分割结果，有效合理的图像分割能够为基于内容的图像检索、对象分析等抽象出十分有用的信息，从而使得更高层的图像理解成为可能。
　　 本论文首先介绍了国内外对图像高速实时处理技术的发展现状，结合本课题基于FPGA设计了一种图像高速实时的图像分割系统，替代传统PC机或DSP的构架。除此之外本文对此图像分割方法所需硬件，软件平台和软件开发环境等做了介绍。对整个分割系统在FPGA的实现做了详尽的讲解，并介绍了此分割系统在烟梗除杂机中的典型应用。最后现场记录了系统硬件和软件连调以及其性能测试的全过程，对实验的结果进行了分析和优化，并提出了展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 发展现状

1．3 发展趋势

1．4 本文的主要研究成果与章节安排

2 开发平台和开发环境介绍

2．1 硬件开发平台介绍

2．1．1 FPGA选型分析

2．1．2 系统硬件开发板器件

2．1．3 开发板主要硬件电路

2．2 FPGA软件开发环境

2．2．1 Quartus Ⅱ 软件开发环境

2．2．2 Verilog HDL开发语言介绍

2．3 本章小结

3 分割系统总体设计方案

3．1 存储进入FPGA的RGB图像信号

3．1．1 进入FPGA的信号描述

3．1．2 图像存储容量计算入

3．1．3 具体存放规则

3．2 图像二值化

3．2．1 利用上位机制作二值化表

3．2．2 将二值化表发送到SSRAM

3．2．3 图像的二值化查找

3．3 二值图像分割

3．3．1 基本分割算法简述

3．3．2 算法需求空间

3．3．3 具体算法实现

3．3．4 算法特点分析

3．4 本章小结

4 分割系统在FPGA的实现和调试

4．1 在FPGA内主要过程的实现方法和调试

4．1．1 调试系统的搭建简介

4．1．2 图像二值化的实现方法

4．1．3 分割模块FPGA内实现

4．2 基于模块化的设计

4．3 资源分析

4．4 时序分析

4．4．1 时序分析简介

4．4．2 SDRAM的时序约束

4．5 本章小结

5 将此设计应用烟梗除杂机的具体实现

5．1 烟梗除杂机简介

5．2 视频采集系统组装

5．3 分割系统测试及结果分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

附录B 切割右侧视频流代码

附录C 系统总体设计图