机器视觉中高速图像处理算法研究及FPGA实现

摘要

图像处理速度影响整个机器视觉系统的性能，而图像处理的速度问题是由图像数据的特点和图像处理算法的复杂性引起的，依据图像处理算法及数据的特点，把图像处理分成三个层次：数据处理层、信息提取层、知识应用层，各层在实现方式上有自己不同的要求。文中分析了各个层次中的算法对硬件的要求，其中数据处理层对整个系统速度影响较大，针对其特点，研究了数据处理层中的数据存储结构和算法的硬件实现结构。 在邻域处理算法中，对帧存储体的存储结构，以邻域图像并行存取为例，利用两片DRAM存储芯片作存储体，在FPGA芯片内实现地址变换和存取控制，设计了行顺序的邻域图像并行存取的帧存储体，在WEBPACKISE6.1EDA环境中，利用VerilogHDL硬件描述语言设计实现。在此基础上，对空间滤波器，利用Xilinx公司的FPGA的内部资源，使用高级内核设计工具(XilinxCoreGen软件)中的DSP程序块，构建在核心架构DA-FIR滤波器之上，在WEBPACKISE6.1EDA开发环境中实现其分布式算法。 完成了FPGA测试板的硬件设计，为研究硬件算法的实现提供了合适的平台。最后对研究工作的继续深入进行提出设想。

目录

文摘

英文文摘

0前言

0.1课题背景

0.2国内外发展现状

0.3本文研究内容

1机器视觉系统组成与数字图像处理简述

1.1机器视觉系统的基本结构

1.2机器视觉中数字图像处理简述

1.3高速数字图像处理的硬件要求

1.4本章小结

2数字图像处理算法及其数据结构

2.1数字图像处理的主要方法

2.2数字图像运算的特点

2.3数字图像处理中的空间滤波器

2.3.1图像处理中的卷积

2.3.2空间滤波器

2.3.3邻域处理算法和帧存储体的存储结构

2.4本章小结

3卷积的分布式算法

3.1基本分布式运算原理

3.2卷积的分布式算法及其系统设计

3.2.1数字系统设计概述

3.2.2一维离散卷积的分布式算法

3.2.3二维离散卷积的并行分布式算法

3.3本章小结

4二维离散卷积算法的硬件实现

4.1算法实现的硬件选择

4.1.1数字信号处理实现技术的几种方案

4.2描述语言和开发环境

4.2.1硬件描述语言

4.2.2开发环境简介

4.3FPGA实现数字信号处理流程

4.4 Spartan-Ⅱ结构及内部资源利用

4.4.1查找表结构的FPGA实现原理

4.4.2时钟设计和仿真

4.5系统实现

4.5.1邻域图像存取的实现

4.5.2 DA单元的实现

4.5.3配置模式和下载电路

4.4.4电源设计

4.5本章小结

5总结及今后工作

参考文献

攻读硕士学位其间发表的论文

致谢