基于FPGA图像显示的双线性插值算法的设计与实现

发布时间：2020-10-31 08:04

　　 单片CCD或CMOS图像传感器是厂家为了降低数码相机的成本与体积而采用的。这种传感器的表面会覆盖一层彩色滤波阵列,使每个像素只能获得红、绿、蓝中的一种分量。插值的目的就是为了恢复失去的两个颜色分量。论文首先介绍了基于BayerCFA图片格式插值算法的国内外研究现状和几种常见的插值算法的基本原理。然后,用软件仿真了几种插值算法的恢复效果,并分析了算法的性能。论文重点研究了双线性插值算法和基于梯度的插值算法,实现了算法的硬件移植,并将恢复后的图片输出到显示器上。论文采用自顶向下的设计方法,对两种插值算法的模块进行了划分和结构设计。用Verilog HDL完成了帧同步模块、滤波窗口模块、双线性插值算法模块、色空间转换模块等关键模块的RTL设计。使用Modelsim软件完成了各模块和系统的功能仿真,并给出了对应的仿真结果。通过ISE进行了设计综合、布局布线,给出了 RTL结构图和逻辑资源的使用情况。在Xilinx公司的KC705的FPGA开发板上进行了验证,实现了图像的插值与显示。功能仿真和FPGA验证结果表明,本文设计的插值算法逻辑功能正确,可以实现BayerCFA图片的插值。论文在使用传统方法进行硬件算法设计后,还使用高层次综合的设计方法对插值算法进行了设计与实现。最后,论文指出了设计中的不足之处以及今后进一步研究的方向。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP391.41
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要内容与结构安排
第二章 插值算法原理与分析
    2.1 常见插值算法
        2.1.1 双线性插值算法
        2.1.2 基于梯度的插值算法
        2.1.3 自适应插值算法
        2.1.4 加权系数插值算法
    2.2 算法性能的对比
        2.2.1 常见问题及分析指标
        2.2.2 MATLAB仿真结果及分析
    2.3 本章小结
第三章 算法的设计与实现
    3.1 FPGA简介
        3.1.1 FPGA结构
        3.1.2 FPGA设计流程
    3.2 总体设计与模块划分
    3.3 帧同步模块的设计
    3.4 图像处理模块的设计
        3.4.1 滤波窗口的设计
        3.4.2 双线性插值算法的设计
        3.4.3 基于梯度的插值算法的设计
        3.4.4 色空间转换模块的设计
    3.5 图像显示模块的设计
    3.6 本章小结
第四章 仿真与验证
    4.1 软硬件环境
    4.2 子模块功能仿真
        4.2.1 帧同步模块
        4.2.2 滤波窗口模块
        4.2.3 双线性插值模块
        4.2.4 基于梯度的插值算法模块
        4.2.5 色空间转换模块
    4.3 图像显示模块
    4.4 系统仿真
    4.5 设计综合
    4.6 FPGA验证
    4.7 本章小结
第五章 高层次综合设计
    5.1 HLS简介
    5.2 算法的实现
        5.2.1 C语言算法设计
        5.2.2 C语言代码仿真
        5.2.3 C语言和RTL联合仿真
        5.2.4 IP核的生成
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间已发表论文

【参考文献】

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本文编号：2863678