基于FPGA的图像平滑化和数据传输技术的研究

摘要

随着数字图像处理的应用领域不断扩大，人们对图像处理的要求也越来越高，其中对图像平滑处理中如何在保持图像细节的前提下滤除噪声也越来越重视。另外，VLSI技术的快速发展，以及高集成度、低价格FPGA的出现，为数字图像高速处理提供了硬件平台，尤其是FPGA灵活性的特点、丰富的内部资源和IP核的应用，使得其非常适用于一些像素级的图像处理。基于FPGA平台的图像处理系统具有低成本、小型化和实时性的特点。
　　 本文从数字图像增强处理的基本算法出发，详细介绍了图像增强中的平滑处理算法，包括邻域平均法、中值滤波法以及自适应滤波方法，并硬件实现了改进的中值滤波算法。在算法的基础上，以Altera公司的EP1C20型FPGA为核心芯片，辅以两片SRAM、VGA接口以及EPCS4等外围电路，实现了图像平滑处理以及VGA图像显示，包括图像平滑处理模块、VGA显示控制模块以及SRAM读写控制模块。按照FPGA的一般设计流程，用Verilog HDL编写各个模块程序，在QuartusII和Modelsim软件平台上实现对设计的仿真和下载调试，并在波形仿真、占用FPGA资源以及图像显示效果三个方面比较了中值滤波和改进的中值滤波两种算法，发现改进的中值滤波算法能占用更少的FPGA资源，同时在滤除图像噪声的情况下不降低图像细节。在文章的最后，还利用8色VGA接口在VGA显示器上实现了8色彩条信号，验证了VGA显示控制时序的正确性。