基于FPGA的灰度圖像模板匹配并行處理研究.pdf

1、模板匹配廣泛應用于圖像處理及信號處理領域?？茖W技術的飛速發(fā)展使得圖像模板匹配處理的規(guī)模越來越大,更重要的是人們對實時圖像處理的需求也越來越高,因此,采用通用處理器來實現(xiàn)實時圖像的模板匹配,速度已經(jīng)成為該技術的瓶頸。此外,對于一些優(yōu)秀的圖像模板匹配算法,其在臺式機、工作站上可以正常運行,而將它們應用于嵌入式系統(tǒng)中,由于速度、資源的限制,對其進行簡化后,效果不是很理想,有的甚至不能正常運行?？删幊踢壿嬈骷且环N可編程、功能強的邏輯器件,它的

2、高靈活性、可配置性和高性價比與及支持并行和流水的系統(tǒng)設計為實時圖像處理領域提供了一個理想的平臺。因此,可以將FPGA應用于圖像的模板匹配來實現(xiàn)資源受限情況下的實時圖像并行處理。
　　首先,對傳統(tǒng)的基于滑動窗口的模板匹配算法的特點進行了分析,得出其是一個串行的、復雜的四重循環(huán)過程;并對FPGA的基本概念和設計方法、并行處理技術進行了分析,提出了4種基于分治策略的圖像模板匹配并行處理,這四種策略包括:圖像不分塊,模板不分塊、圖像分塊,

3、模板不分塊、圖像不分塊,模板分塊、圖像分塊,模板分塊。其次,針對這四種基于分治策略的圖像模板匹配并行處理方法,分析了它們各自的時間復雜度和實現(xiàn)復雜度;通過對這四種策略的優(yōu)、缺點進行對比和分析,選擇了圖像不分塊,模板分塊的并行處理策略,并在此策略上分析和設計了二值圖像模板匹配并行處理的工作原理及體系結(jié)構,提出了基于FPGA的二值圖像模板匹配并行處理模型,該模型包括3個部分:子模板劃分、并行處理、全局匹配。然后,為了將基于FPGA的二值圖像

4、模板匹配并行處理模型應用于灰度圖像的模板匹配,設計和實現(xiàn)了基于FPGA的RS232串口通信以及基于FPGA的雙峰直方圖二值化;得到二值圖像后,用硬件電路和VHDL語言實現(xiàn)了基于FPGA的二值圖像模板匹配并行處理模型。
　　最后,對各個功能模塊及整個系統(tǒng)的功能進行了波形仿真,波形仿真都正確后將VHDL代碼在集成開發(fā)環(huán)境ISE9.2進行了綜合并下載到FPGA芯片上進行驗證。通過將實驗結(jié)果與在PC機上運行的軟件算法進行對比和分析,實驗結(jié)