基于FPGA的实时图像采集处理显示系统

发布时间：2019-07-19 10:19

【摘要】：实时图像处理系统对图像的处理速度要求比较高,低层次图像处理算法重复多次做相同操作时软件串行处理速度远远慢于硬件的并行处理。FPGA并行计算和可重复配置等特点,成为硬件实现数字图像处理的理想器件。目前基于FPGA实现图像处理算法成为一个热门研究课题。本文构建了一个基于FPGA的图像采集处理显示系统,此系统主要由图像采集模块、图像色度空间转换模块、图像处理模块、图像存储模块、VGA控制模块组成。在本系统的图像处理模块中,基于平滑噪声的角度实现了双边滤波算法、提取边缘图像实现了基于Sobel算子的边缘检测算法、为了优化边缘图像边缘连贯性实现了形态学滤波算法等的数字图像处理算法。在综合了降噪与保边性能之后,本文着重设计实现了基于FPGA的双边滤波器,用客观的空间滤波算法性能评价标准比较了本系统实现的双边滤波器与常见滤波器的性能优劣。并且在实现了边缘滤波处理模块与形态学滤波处理模块之后,同样用客观的边缘滤波算法性能评价标准定量地证明了系统处理模块的合理性和有效性。在整个系统的设计过程中充分考虑数字图像算法自身存在并行性运算的特点,对图像算法采用流水线结构,并进行了硬件加速。在Quartus II平台下用硬件描述语言编程完成了系统设计仿真,并在以Altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片的硬件平台上完成了验证。在最终的系统测试中可以看出系统能够满足处理要求,在FPGA平台上实现了采集处理显示系统。本文尝试了在系统中实现有别于在FPGA平台上常见降噪滤波器的保边性能更好的双边滤波器,并且定量证明系统处理模块的有效性与合理性,降噪模块在几乎不损失SSIM、MSSIM等结构形似性性能的条件下有效提升了MAE、MSE、PSNR等像素间误差性能。本文在基于FPGA的图像处理系统中平滑噪声与优化边缘图像模块处理性能方面有着积极的意义。
文内图片：
图片说明：高斯噪声功率谱密度图
文内图片：
图片说明：脉冲功率谱密度图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41;TN791

【参考文献】

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本文编号：2516250