图像实时放大旋转系统的研究与FPGA实现

发布时间：2021-05-17 00:15

　　随着图像处理技术和微电子技术的发展,越来越多的图像处理算法得以在硬件系统中实现实时运行。本文以开发一套高性能、可拓展的图像旋转兼具图像放大功能为一体的系统为目标,从算法改进和硬件实现两方面着手,合理设计硬件架构,严谨推导从原图到旋转放大图的位图映射关系,深入分析插值过程中的图像降质原因,并提出针对FPGA平台的图像锐化策略。通过对算法的并行性设计和硬件平台优化,系统达到了最高为640×512@100Hz的图像四倍放大旋转处理速度,本文所做主要工作总结如下。（1）算法设计。图像旋转与图像放大是数字图像处理领域的基础性操作。在算法的硬件实现过程中,由于硬件资源及实时性要求限制,图像旋转中插值策略选择过于简单,其成像质量有待提高。本文通过放大与旋转算法研究,提出图像旋转放大联合算法,并将其分为位图映射和亚像素点插值两个部分。在位图映射中,通过原图与放大图坐标对应关系、放大图与旋转图之间坐标对应关系,得出直接从原图到旋转放大图的位图映射关系,在实现两个功能的同时,简化算法流程。在亚像素插值过程中,基于感知域内系数矩阵卷积导致的重建点模糊化问题,设计基于双三插值模板的单方向增强模板方法,在视频流... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 课题国内外研究现状
        1.2.1 算法研究现状
        1.2.2 硬件实现研究现状
    1.3 本文主要工作
    1.4 本论文主要研究内容
第二章 基于双三锐化插值模板的图像放大旋转联合算法
    2.2 图像旋转算法概述
        2.2.1 空间坐标变换——直接法
        2.2.2 空间坐标变换——CORDIC迭代法
    2.3 图像插值算法概述
        2.3.1 最近邻插值法
        2.3.2 双线性插值法
        2.3.3 双三次插值法
        2.3.4 基于双三锐化插值模板的增强方法
    2.4 基于双三锐化插值模板的图像放大旋转联合算法
    2.5 效果对比
    2.6 本章小结
第三章 硬件系统设计
    3.1 系统设计方案
        3.1.1 系统的功能要求和技术指标
        3.1.2 总体设计方案
    3.2 系统硬件设计
        3.2.1 接口板设计
        3.2.2 核心板设计
    3.3 PCB设计
        3.3.1 PCB设计要点
        3.3.2 各模块PCB板展示
    3.4 本章小结
第四章 基于FPGA的算法设计及优化
    4.1 通信模块设计
        4.1.1 UART通信
        4.1.2 IIC通信
    4.2 图像数据采集模块设计
    4.3 位图映射模块设计
    4.4 插值卷积滤波器设计
    4.5 DDR3 仲裁模块设计
    4.6 输出模块设计
    4.7 性能优化
    4.8 本章小结
第五章 成果展示及分析
    5.1 成果展示
    5.2 系统功能特性
        5.2.1 系统主要性能参数
        5.2.2 输入图像参数
        5.2.3 系统插值放大主要参数
        5.2.4 旋转单元参数
    5.3 系统误差分析
        5.3.1 数据误差来源
        5.3.2 数据误差处理
    5.4 视频流处理速度分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双线性插值的印刷图像旋转算法实现[J]. 李承轩,舒忠.  现代计算机(专业版). 2019(11)
[2]一种基于FPGA的CORDIC算法的实现[J]. 黄如,徐磊.  电子测量技术. 2018(05)
[3]基于Zedboard的图像旋转硬件加速系统实现[J]. 陈高琳.  福建电脑. 2017(08)
[4]CORDIC算法误差研究[J]. 李翔.  科技创新导报. 2017(14)
[5]Altium Designer技术在PCB板设计中的应用研究[J]. 叶俊杰.  电子质量. 2017(02)
[6]基于FPGA的DDR3 SDRAM控制器的设计与优化[J]. 宋明,赵英潇,林钱强.  电子科技. 2016(11)
[7]基于PCB板电磁兼容性设计方法的研究[J]. 唐幸儿,梁季彝.  数字技术与应用. 2016(06)
[8]基于协议控制器的DDR3访存控制器的设计及优化[J]. 陈胜刚,付兴飞,曾思.  微电子学与计算机. 2016(06)
[9]高速高精度固定角度旋转CORDIC算法的设计与实现[J]. 张朝柱,韩吉南,燕慧智.  电子学报. 2016(02)
[10]CORDIC算法的优化及实现[J]. 刘小宁,谢宜壮,陈禾,闫雯,陈冬.  北京理工大学学报. 2015(11)

博士论文
[1]图像超分辨率重建算法研究[D]. 杨宇翔.中国科学技术大学 2013

硕士论文
[1]基于径向基函数的图像旋转算法研究[D]. 成慧芳.兰州大学 2016
[2]CORDIC算法的优化研究及其硬件实现[D]. 戚芳芳.湖南大学 2012
[3]流水线图像旋转ASIC设计与实现[D]. 赵尧.华中科技大学 2009
[4]基于USB2.0的CMOS图像采集系统的设计[D]. 赵敬.太原理工大学 2009
[5]图像的旋转插值算法和基于链码技术计算图像几何矩的算法研究[D]. 陈芳.华东师范大学 2006



本文编号：3190685