基于FPGA的视频信号处理的应用

发布时间：2017-06-27 21:23

  本文关键词：基于FPGA的视频信号处理的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,机器视觉及集成电路的飞速发展,使得获取视频的方式越来越多样、成本越来越低廉,因此在各行各业能够提供丰富信息的视频系统应用十分广泛。尽管现在的视频采集十分便利,如果能对这些视频进行加工处理来进行有效的利用,完成一些更加智能的工作也是人们非常乐意看到的,因为这样不仅能方便人们的日常生活,也能极大的节约人力成本。为了满足这样的需求,一个能完成大量数据处理并且实时性高的系统是必须的,而FPGA就满足这样的要求,配合以相应的外围设备完全可以满足视频信号处理中各种需求。作为可编程逻辑器件,FPGA具有集成度高、结构灵活以及开发周期短等特点,本论文中的应用部分验证工作均在FPGA器件中得以实现。本论文研究工作主要分为以下几个方面：首先介绍了FPGA对视频处理在各个领域中的应用,可以看出FPGA在视频信号处理方面有着较强的可用性和易用性,同时研究分析了本论文中应用到的人头检测和汽车停车位定位两个场景中国内外已有的方法。其次,研究了硬件处理核心FPGA的基本结构和设计流程,介绍了硬件编程语言Verilog HDL以及硬件开发工具。并且介绍了Xilinx Spartan-6 FPGA的开发平台Atlys和在平台下常用视频模块的应用。第三,研究了在硬件系统中得以应用的理论部分,即视频图像处理的算法。从视频图像处理最开始的预处理算法,一直到边缘检测算法和Hough变换算法都逐一做了详细介绍和分析,并结合硬件处理系统的实际条件和FPGA的运算特点选出了其中最适合应用于硬件处理的算法。最后,重点研究了重两个基于FPGA视频信号处理的应用场景：人头检测场景和电动汽车充电位的定位场景。在实际场景的应用中,根据不同系统需求的分析选用了合适的视频图像处理算法并建立仿真模型,结合System Generator工具进行高效编程,详细介绍了在每个场景下的图像采集模块、图像处理模块以及图像显示模块的设计及应用效果,最后在Atlys开发平台上完成实现。本论文结合实际应用证明了FPGA在视频图像处理中的可用性。
【关键词】：FPGA 图像处理算法 人头检测 定位系统 电动汽车
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791;TP391.41
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2.1 FPGA视频信号处理的发展现状12
• 1.2.2 人头检测应用的发展现状12-13
• 1.2.3 汽车停车位定位的发展现状13
• 1.3 论文主要内容及结构安排13-15
• 第2章 基于FPGA的视频信号处理系统15-33
• 2.1 FPGA的简单介绍15-18
• 2.2 FPGA的开发流程18-24
• 2.2.1 硬件部分设计流程19-21
• 2.2.2 软件部分设计开发21-24
• 2.3 视频信号处理硬件开发平台24-32
• 2.3.1 Atlys开发平台24-25
• 2.3.2 硬件系统开发套件25-29
• 2.3.3 视频信号处理系统常用模块29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 视频图像处理方法的研究33-49
• 3.1 视频图像预处理方法33-38
• 3.1.1 图像灰度化处理33-34
• 3.1.2 图像滤波处理34-38
• 3.2 视频图像二值化方法38-41
• 3.2.1 人工设定阈值门限的方法38-40
• 3.2.2 自动设定阈值门限的方法40-41
• 3.3 视频图像边缘检测方法41-45
• 3.3.1 基于一阶导数的边缘检测42-43
• 3.3.2 基于二阶导数的边缘检测43-45
• 3.4 图像Hough变换原理45-47
• 3.4.1 利用Hough变换检测直线46-47
• 3.4.2 利用Hough变换检测圆47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 基于自然场景下FPGA的人头检测系统49-55
• 4.1 系统理论设计49-52
• 4.1.1 人头检测系统的设计49-50
• 4.1.2 System Generator的设计50-52
• 4.2 人头检测系统的硬件实现52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 基于FPGA的电动汽车充电位的定位系统55-66
• 5.1 定位系统的需求分析55-57
• 5.1.1 定位系统背景介绍55-56
• 5.1.2 定位系统的需求56-57
• 5.2 定位系统的设计57-63
• 5.2.1 系统总体设计及理论分析57-61
• 5.2.2 系统流程及理论验证61-63
• 5.3 定位系统的硬件实现63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 总结与展望66-67
• 6.1 工作总结66
• 6.2 工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士研究生期间研究成果72-73
• 学位论文评阅及答辩情况表73

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本文编号：491347