基于FPGA的图像预处理系统的研究与实现

• 作 者: 苏天裕
• 出 处: 华南理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 图像处理 FPGA 实时性 流水线结构

进入21世纪以来,图像处理技术进入快速发展的阶段,许多行业开始重视图像处理技术的应用。目前大多数的图像处理技术实现方案是基于通用型计算机或DSP,而随着产品体积、功耗和实时性等方面要求的不断提升,基于上述方式开发出来的产品已经不能很好的跟上市场需求的脚步。本文先是介绍了实现图像处理技术的各种硬件平台,分析它们各自的优缺点。概括性的说明了图像预处理技术的现状与未来发展方向。接着对FPGA的硬件结构、软件开发环境与设计流程进行说明。分析实时图像预处理算法的结构,结合FPGA接口灵活、并行计算能力强、扩展性强等特性,确立一种以FPGA为核心处理器的低成本的图像预处理实现方案。本设计主要分成图像采集、图像存储、图像预处理和图像显示四个部分。图像采集功能由一个CMOS摄像头模块完成,该模块可以将模拟信号的图像数据转换成多种不同格式的数字图像数据,通过摄像头模块SCCB接口设置摄像头的工作模式。由于从摄像头模块得到的图像数据量十分庞大,FPGA内部的储存器不足以保存如此多的数据,需要外部的SDRAM储存器作为数据的缓冲与存储部件。通过SDRAM控制器,对SDRAM的进行初始化等必要操作。实现了多种图像预处理算法,包括格式转换、均值滤波、中值滤波、边缘检测和形态学图像处理等。最后将图像数据通过DAC转换为模拟信号,输入到VGA显示器即可实时观察图像处理后的效果。在整个设计开发的过程中,采用流水线结构与并行运算来实现各个功能,充分利用FPGA并行处理能力,确保整个设计具备实时处理的能力。本文需要阐述的重点有2个,一个是FPGA硬件接口设计,另一个是图像预处理算法的FPGA实现。与外部SDRAM的高速通信则是硬件接口设计的难点,只有保证SDRAM读写操作的正确性,才能保证数据的正确性。算法的FPGA实现的难点则是算法的拆分与重组,并实现图像处理算法的并行运算与流水线结构,提高图像处理速度。本设计的硬件电路已通过调试,输出结果验证基于FPGA的图像预处理是可行的。