本文選題：FPGA + 圖像增強(qiáng)��； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)》2016年碩士論文

【摘要】：目前,圖像處理已應(yīng)用與人們生活的各個(gè)方面,如醫(yī)學(xué)、交通、航天、工業(yè)控制等。其重要性源于兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域:改善圖像的信息以便人們解釋;為存儲(chǔ)、傳輸和表示而對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以便于機(jī)器自動(dòng)理解。圖像增強(qiáng)一般是作用于圖像的預(yù)處理階段,它不考慮引起圖像退化的原因,面向于特定用途,突出感興趣的部分,抑制不關(guān)心的部分,對(duì)接收到的圖像加以處理,以便于后期的理解和分析。在這一階段一個(gè)顯著的特點(diǎn)是算法本身比較簡單,但數(shù)據(jù)量巨大。如何在有效的時(shí)間內(nèi)處理完大量的數(shù)據(jù)成為一個(gè)棘手的問題,尤其是在諸如交通、軍事、航天等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域。FPGA作為一種可編程的硬件,為圖像的實(shí)時(shí)處理提供了一種有效的解決方案,它兼具DSP的靈活性與專用集成電路的高速性。本文的主要工作就是研究如何在FPGA上實(shí)現(xiàn)高速的圖像處理,論文的工作重點(diǎn)在于電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而非算法本身的研究。本文首先介紹了FPGA的芯片結(jié)構(gòu),以及面向硬件的設(shè)計(jì)思維,這是實(shí)現(xiàn)高性能FPGA開發(fā)的關(guān)鍵所在。然后通過分析算法本身的特點(diǎn),重點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了中值濾波、直方圖均衡化、二維快速傅立葉變換三個(gè)模塊,并實(shí)現(xiàn)了圖像在頻域的實(shí)時(shí)處理,填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的不足。特別的,關(guān)于中值濾波,本文充分利用硬件電路的二進(jìn)制特性,設(shè)計(jì)了一種按位生成中值的電路結(jié)構(gòu),從根本上避免了比較運(yùn)算,在節(jié)約資源消耗的同時(shí)提高了處理速度。在直方圖均衡化電路中,采用外部存儲(chǔ)器DDR3 SDRAM緩存圖像,內(nèi)部采用乒乓處理結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了大尺寸、高幀頻圖像的實(shí)時(shí)處理。本文所設(shè)計(jì)的電路模塊均給出了相應(yīng)的資源消耗及可達(dá)到的處理速度,并在文中給出了圖像處理的實(shí)際效果圖。在設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)時(shí)也充分考慮到了其實(shí)用性及可移植性,每個(gè)電路模塊可方便的移植到其他系統(tǒng)中,且在調(diào)用時(shí)可通過修改接口參數(shù)使其滿足不同大小及像素位寬的圖像的處理要求,具有一定的靈活性與工程實(shí)用性。
[Abstract]:At present, image processing has been applied to all aspects of human life, such as medicine, transportation, aerospace, industrial control and so on. Its importance stems from two main applications: improving the information of images for interpretation; processing image data for storage, transmission and presentation, so that the machine can understand them automatically. Image enhancement is generally used in the preprocessing stage of an image. It does not take into account the causes of image degradation, it is oriented to specific purposes, highlights the part of interest, suppresses the part of interest, and processes the received image. To facilitate later understanding and analysis. A notable feature in this phase is that the algorithm itself is simple, but the amount of data is huge. How to deal with a large amount of data in an effective time has become a thorny problem, especially in fields such as transportation, military, aerospace and so on. FPGA is a kind of programmable hardware. It provides an effective solution for real-time image processing, which combines the flexibility of DSP and the high speed of ASIC. The main work of this paper is to study how to realize high-speed image processing on FPGA. The emphasis of this paper is on the design of circuit structure rather than on the algorithm itself. This paper first introduces the chip structure of FPGA and the hardware-oriented design thinking, which is the key to realize the development of high performance FPGA. Then, by analyzing the characteristics of the algorithm, three modules of median filter, histogram equalization and two-dimensional fast Fourier transform are designed and implemented, and the real-time processing of image in frequency domain is realized, which fills up the deficiency in this field. In particular, regarding median filter, this paper makes full use of the binary characteristic of hardware circuit, designs a circuit structure that generates the median value by bit, avoids the comparison operation fundamentally, and improves the processing speed while saving the resource consumption. In the histogram equalization circuit, the external memory DDR3 SDRAM is used to cache the image, and the internal ping-pong processing structure is used to realize the real-time processing of large size and high frame rate images. The circuit modules designed in this paper have given the corresponding resource consumption and the achievable processing speed, and the actual effect diagram of the image processing is given in this paper. The practicability and portability of the circuit are also taken into account when designing the circuit structure. Each circuit module can be easily transplanted to other systems. The interface parameters can be changed to meet the requirements of image processing with different size and pixel bit width, so it has some flexibility and engineering practicability.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41

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