基于FPGA的數(shù)字圖像處理算法的研究和實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，圖像已經(jīng)成為信息傳播和表示的載體。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量的高速增長(zhǎng)不僅促進(jìn)人們生活方式的改變，同時(shí)也給數(shù)字圖像處理技術(shù)帶來極大的挑戰(zhàn)。圖像在讀取和傳輸?shù)倪^程中，會(huì)因?yàn)槭艿匠上裨O(shè)備性能、拍攝環(huán)境條件或人為因素等影響不可避免引入噪聲，嚴(yán)重影響圖像后續(xù)處理。目前數(shù)字圖像處理技術(shù)多數(shù)采用早期的專用圖像處理芯片，當(dāng)圖像處理算法的復(fù)雜度變大，則處理速度和性能已經(jīng)難以滿足人們的發(fā)展需求。另一方面，微電子技術(shù)的高速發(fā)展，使基于各

2、種硬件平臺(tái)的數(shù)字圖像處理更有優(yōu)勢(shì)。其中，基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)時(shí)有很大的實(shí)時(shí)性，且本身?yè)碛袕?qiáng)大的邏輯資源，所以在圖像處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
　　本文是研究基于FPGA的圖像去噪處理算法的實(shí)現(xiàn)，采用的是Altera公司的Cyclone V系列SOC FPGA的DE1-SOC開發(fā)板，其中SOC FPGA中包含有FPGA與硬核處理器(HPS)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，介紹了本課題運(yùn)用的數(shù)字圖像處理算法的基本原理，

3、該算法包括置換矩陣的求取、子圖像平均、圖像濾波去噪三個(gè)部分，接著對(duì)各個(gè)算法部分進(jìn)行原理說明。同時(shí)對(duì)整個(gè)算法的復(fù)雜度做出了相應(yīng)的分析，給出了算法在Matlab上運(yùn)行的時(shí)間。
　　其次，用DE1-SOC開發(fā)板搭建嵌入式圖像處理平臺(tái)。詳述了Linux系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)和Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)。根據(jù)硬件平臺(tái)對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行裁剪和編譯，同時(shí)進(jìn)行交叉編譯環(huán)境的搭建，生成鏡像文件之后移植到平臺(tái)。接著在嵌入式圖像處理平臺(tái)上完成圖像算法的處理

4、，通過去除圖像中的噪聲來驗(yàn)證本文的去噪算法比傳統(tǒng)的高斯平滑濾波、均值濾波算法優(yōu)越。同時(shí)也驗(yàn)證了在嵌入式平臺(tái)上進(jìn)行圖像處理的速度要快于用Matlab進(jìn)行處理。
　　最后，在FPGA上實(shí)現(xiàn)圖像算法處理。對(duì)圖像算法進(jìn)行軟硬件協(xié)同處理的研究，硬件部分在Quartus II和Qsys中進(jìn)行開發(fā)。Qsys負(fù)責(zé)HPS處理器、系統(tǒng)相關(guān)組件和外設(shè)的選擇；Quartus II負(fù)責(zé)系統(tǒng)頂層模塊的編寫及相關(guān)設(shè)置，同時(shí)對(duì)部分圖像算法進(jìn)行FPGA硬件邏輯設(shè)計(jì)