基于FPGA的Sobel算子實時圖像邊緣檢測系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、邊緣是圖像最基本的特征，攜帶了圖像的大部分信息，圖像邊緣對于圖像分析來說特別重要。提取邊緣信息，即圖像的邊緣檢測是數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)，在航天、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，是圖像進(jìn)一步處理的前提。邊緣檢測在生產(chǎn)線的自動化過程中起了推動性的作用，利用對產(chǎn)品圖像的邊緣檢測可以提高生產(chǎn)量、產(chǎn)品的質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。邊緣檢測在車牌識別、車流量監(jiān)控和自動導(dǎo)航等技術(shù)中已是重要環(huán)節(jié)，這些都是現(xiàn)代交通信息控制領(lǐng)域的重要應(yīng)用。通過有效地邊

2、緣檢測，大大地簡化了后續(xù)圖像處理過程對圖像的分析。所以邊緣檢測技術(shù)已成為國內(nèi)外研究的熱點。
　　上面基本所有的應(yīng)用環(huán)境是在實時條件下的，所以開發(fā)實時的圖像處理硬件系統(tǒng)顯得非常重要。實時數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的特點是處理數(shù)據(jù)量大、處理速度高，這是傳統(tǒng)軟件方法所不能實現(xiàn)的?，F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件的出現(xiàn)為數(shù)字圖像處理提出了新的思路和途徑。FPGA是當(dāng)今最流行的可編程器件，其豐富的邏輯和存儲資源使其能夠?qū)崿F(xiàn)并行和流水線處理，并且動態(tài)配

3、置靈活性、處理速度高和系統(tǒng)的可移植性等特點使FPGA非常適合圖像處理領(lǐng)域。
　　本文基于Altera Cyclone(@)Ⅱ2C35 FPGA設(shè)計了實時的邊緣檢測系統(tǒng)，其中包括圖像數(shù)據(jù)的采集、圖像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、幀緩存器、邊緣檢測和VGA顯示等模塊。利用硬件描述語言Verilog設(shè)計了上面各模塊，并通過Altera提供的開發(fā)平臺QuartusⅡ10.0以及仿真工具M(jìn)odelsim和Debussy對整個系統(tǒng)做前端的仿真驗證。通過實驗保

4、守證明實現(xiàn)了對40MHz視頻數(shù)據(jù)的采集;實現(xiàn)了SDRAM在100MHz的頻率下自動的寫入和讀出數(shù)據(jù);邊緣檢測模塊在顯示頻率25MHz下對480*680的圖像進(jìn)行實時處理。
　　本文的核心內(nèi)容在于SDRAM控制器和邊緣檢測模塊的設(shè)計。由于系統(tǒng)前后端的處理速度可能不同并且很多圖像處理算法是基于幀進(jìn)行的，所以實時圖像處理系統(tǒng)幀緩存器是必需的。本文設(shè)計的多端口SDRAM控制器使SDRAM的應(yīng)用類似于FIFO，能夠在不同的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)間