基于DSP和FPGA的数字图像采集与处理系统的实现

摘要

本文所选课题来源于国家自然科学基金项目(No.60172004)“运动图像分析系统集成芯片设计”。课题的研究目的是为运动视频视觉处理算法建立良好的验证平台，为芯片的总体架构设计提供一定的借鉴。 在总结前人工作的经验和不足的基础上，本文采用高性能的信号处理器 TMS320C6711b和60万门的FPGA作为系统硬件的核心完成了整个系统的硬件设计，为数字图像的实时快速处理提供了保证。为了完成大数据量的数字图像的实时传输，本文采用一种高速串行总线——IEEE1394总线，解决了老式的PC机接口在进行大数据量实时传输时的瓶颈问题。由于数字图像采集自身的特点，在数字图像采集的过程中，图像的质量会受到各种因素的影响，如：外界光线的变化、光学镜头的材料和相对位置、图像传感器的个体差异性等等。本文创新性地提出将改善数字图像质量的各种图像预处理算法嵌入到系统硬件中，为后续的运动视频视觉算法的验证提供高质量的数据源。本文还对各种图像预处理算法作了一定的研究，并在此基础上以硬件的处理方法实现了颜色空间的转换和自动白平衡的调节。其中自动白平衡的实现初步解决了由于光线的变化造成的彩色图像的色彩失真问题，而独立的颜色空间转换模块的实现则为基于各种颜色空间的视频视觉处理算法的验证提供了直接的数据源。 该平台集数字图像的采集、预处理和传输于一体，具有很大的灵活性、方便性和普遍适用性，是高性能的数字图像采集和处理系统，可广泛应用于各种视频视觉处理算法的验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1视频视觉处理技术的发展现状

1.2系统处理方式的选择

1.3 IEEE1394总线在视频图像传输上的应用

1.4选题的目的和意义

1.5论文的组织内容

第二章系统的硬件设计

2.1硬件电路的整体设计

2.2 DSP的选型及其外围器件电路设计

2.2.1 DSP的选型

2.2.2 DSP的电源设计

2.2.3 DSP的数据存储器和程序存储器的扩展

2.2.4 DSP的外部存储空间的分配

2.3图像采集电路的设计

2.4 1394接口的组成

2.5 1394接口的控制电路的设计

2.6系统的工作原理

第三章系统的软件设计

3.1 DSP软件设计流程

3.2 C6000程序基本结构

3.3中断向量表

3.4 DSP主程序的设计

3.4.1 1394总线自举

3.4.2视频数据的传输

3.4.3视频图像预处理

第四章图像的预处理

4.1内插

4.2伽玛校正

4.3色饱和度校正

4.4颜色空间的转换

4.5曝光、聚焦和白平衡

第五章白平衡算法的实现

5.1白平衡综述与算法选择

5.1.1白平衡的概念

5.1.2色温的概念

5.1.3白平衡算法的分类与选择

5.2自适应白平衡算法的原理

5.3自适应白平衡算法实现的方案设计

5.4自适应白平衡算法的具体实现

5.4.1 FPGA固件设计

5.4.2白平衡的DSP软件设计

5.5实验结果与分析

5.6本章小结

第六章结论与展望

致谢

参考文献

研究成果

附录