基于FPGA的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、實(shí)時(shí)視頻信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性與自動(dòng)聚焦技術(shù)休戚相關(guān)。電子技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展,使自動(dòng)聚焦技術(shù)向基于數(shù)字圖像處理的方向發(fā)展,基于圖像高頻分量值的自動(dòng)聚焦技術(shù)應(yīng)用而生。視頻信號(hào)的格式轉(zhuǎn)換和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題也是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。本文在著重介紹一種一體化攝像機(jī)完成自動(dòng)聚焦功能的同時(shí),完成了實(shí)時(shí)視頻信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì),其內(nèi)容包括以下幾點(diǎn):
　　 (1)自動(dòng)聚焦分為聚焦調(diào)節(jié)和聚焦監(jiān)測(cè)兩部分。聚焦調(diào)節(jié)又包括變倍跟蹤和聚焦搜索。變倍跟蹤即對(duì)圖像進(jìn)行變

2、倍時(shí),聚焦電機(jī)要根據(jù)變焦跟蹤曲線(xiàn)跟隨變倍電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的步數(shù);聚焦搜索即根據(jù)搜索算法在變倍跟蹤結(jié)束后再進(jìn)行一次自動(dòng)聚焦。聚焦監(jiān)測(cè)的主要作用是判斷是否需要重啟自動(dòng)聚焦以及重啟自動(dòng)聚焦的條件。
　　 (2)對(duì)灰度差分法進(jìn)行了改進(jìn),增加了相鄰像素的比較,這樣就增大了聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的絕對(duì)值,提高了自動(dòng)聚焦的精準(zhǔn)度。
　　 (3)提出了一種新的聚焦搜索算法,其主要特點(diǎn)是:步長(zhǎng)根據(jù)聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)的斜率的倒數(shù)來(lái)確定,且在兩次比較聚焦評(píng)價(jià)函數(shù)

3、值后再確定最佳聚焦點(diǎn)。這樣不僅提高了聚焦速度,避免落入局部最大值圈套,而且對(duì)視頻信號(hào)變化速度快引起的聚焦失敗有一定的抵制作用。
　　 (4)對(duì)8051IP核進(jìn)行了詳細(xì)分析論證,設(shè)計(jì)了基于FPGA的8051IP核,各個(gè)模塊用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),并用Modelsim進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　 (5)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和聚焦搜索程序由C語(yǔ)言完成,在Keil C環(huán)境下編譯,并最終生成coe文件下載到8051 IP核中驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成變倍跟蹤和聚焦搜

4、索。
　　 (6)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行了后端處理,包括圖像放大、幀率提升和顏色空間轉(zhuǎn)換,并用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。
　　 (7)在完成了系統(tǒng)軟件的描述后,進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的搭建,包括FPGA板、視頻信號(hào)采集板和鏡頭之間的連接。
　　 整個(gè)視頻信號(hào)處理系統(tǒng)在XUPV5-LX110T FPGA上驗(yàn)證,變倍放大后具有自動(dòng)聚焦功能,自動(dòng)聚焦執(zhí)行時(shí)間在2秒以?xún)?nèi),視頻信號(hào)的分辨率由736*576提升到1024*768,格式由8位YCbC