视觉假体中小波边缘检测算法的VLSI结构设计

摘要

视觉系统是人类最为重要的感知器官。经研究发现，大部分盲人都只是在视觉通路上部分发生病变，这就为视觉假体的研究奠定了生理基础。视觉假体技术属于功能点刺激技术的一种，通过在盲人眼中植入微电极阵列来刺激其视觉通路中未受损伤的部分，产生光幻视。但目前视觉假体技术受低分辨率、光幻视的不稳定性以及光幻视延时等问题的限制，这就需要通过图像预处理在少量的像素点下实时为盲人提供识别物体的主要信息。边缘是图像信息最集中的部分，盲人通过对边缘图像的识别能保证基本的视觉感受。而小波分析是近年来逐渐兴起的热门信号处理方法，其良好的时频局部分析的特性以及多尺度多分辨率思想在图像处理中具有高度的应用价值。本文在小波变换的理论基础上设计了基于提升小波的边缘检测算法。重点设计了基于FPGA的提升小波变换VLSI电路结构，提出了一种9输入的并行计算电路，保证了少量像素点的边缘连续性，并在每级变换的高频运算中加入阈值截取，提取出更为精细的边缘曲线。
　　本研究在MATLAB软件上设计算法并对各类边缘提取算法的效果进行对比分析，之后详细设计介绍了算法的硬件电路并对算法各个模块进行RTL级设计及仿真，最后通过CMOS摄像头、SDRAM存储器、VGA显示器等搭建视频处理系统来对算法进行系统级验证。设计的提升小波运算属于整数域的运算，具有同址计算、相比传统小波速度更快、易重构等适合硬件实现的特性，并在视频流处理的过程中围绕SDRAM进行分时复用，在提取出较为准确的边缘信息的同时能够满足视觉假体所需求的分辨率大小的视频实时传输，丰富了视觉假体图像处理的研究内容。

目录

声明

1.绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3论文研究内容及意义

2.小波变换相关的基本理论

2.1小波变换背景及应用

2.2连续小波变换

2.3 离散小波变换

2.4多分辨率分析和双尺度方程

2.5 Mallat算法

3.图像边缘检测算法研究

3.1经典边缘检测算法

3.2基于提升小波的边缘检测算法

3.3边缘检测算法对比及分析

4.提升小波电路结构设计及算法模块仿真

4.1小波变换边界延拓处理

4.2提升小波硬件电路结构设计

4.3 算法各模块设计及仿真

4.4基于分时复用的数据流处理方式

4.5 算法RTL级仿真结果及分析

5.基于FPGA的视频边缘检测系统

5.1系统架构

5.2时钟控制电路模块

5.3 CMOS摄像头采集

5.4 SDRAM模块

5.5 VGA显示模块

5.6系统级验证结果

6.总结与展望

6.1.工作总结

6.2.后期工作展望

致谢

参考文献