基于FPGA的双目图像预处理系统的设计与实现

【摘要】图像的采集和处理在现代多媒体技术中占有重要的地位。然而,由于采集图像的工具或手段的不同,使获得的图像无法完全体现客观世界的全部特征。因此,对图像进行预处理就显得非常重要。当今世界已是数字化信息的时代,信息在各种媒质中普遍以数字化方式存储,并且以数字化方式对信息进行存储和处理已成为信息处理的主要手段。图像采集和处理技术也开始向数字化方向转变。在高速、高分辨率、大容量图像的背景下,基于软件的传统处理方法已无法满足需求。现场可编程门阵列是当今运用极为广泛的可编程逻辑器件。采用基于FPGA的系统硬件设计方案,可以在充分发挥FPGA的现场可编程的优点的同时,利用其丰富的硬件逻辑资源,最终实现一个高性能的图像预处理系统。本课题所要实现的是一套基于FPGA的双目图像预处理系统。该系统为船舶与海洋平台间相对位置的实时测量,以及在船舶跟踪过程中实现对跟踪目标的识别及三维位置的计算提供了硬件平台。该系统的可靠性、通用性与便携性将使得该系统具有广泛的应用前景。本论文的主要工作如下：1.研究了图像预处理系统的相关理论知识。阐述了本系统中传感器初始化模块、数据采集模块、缓存模块、帧缓存控制模块、预处理模块和实时显示模块的工作原理和设计方法,并在Altera的DE2-115开发板上采用Verilog语言进行了实现,并对各模块进行了仿真测试。最后将各个模块连接实现了对OV9655图像传感器的初始化,以及图像的采集、缓存和实时显示功能。在实际测试中图像显示流畅、清晰；2.针对图像数据在传输过程中的错位问题设计了图像帧缓存控制模块,通过以帧为单位控制数据的读写过程的方法,解决了连续读写的过程中因读写速率不匹配造成的图像数据错位问题；3.阐述了基于NiosⅡCPU核的SOPC系统硬件平台的构建过程,并对构建的平台进行了验证。设计了图像数据传输协议,为NiosⅡ和PC端的图像数据传输定义了标准的数据帧格式和步骤。该平台的搭建为实现NiosIICPU和PC端的TCP/IP通信提供了硬件平台,而图像数据传输协议的设计为后续的软件程序开发做了良好的准备工作；4.对Sobel边缘检测算法进行了研究。参考了传统Sobel算法实现方法,并结合FPGA的开发方法,给出了Sobel边缘检测算法的FPGA实现方案,经实验测试,检测效果良好。
【作者】陈君；
【导师】宋亚男；
【作者基本信息】广东工业大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】FPGA；图像预处理；SOPC；以太网；NicheStackTCP/IP协议栈；

【参考文献】
[1]徐旭光.RFID安全认证协议的研究与设计[D].广东工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[2]王菲菲.多目标用户的虚拟神经解剖系统的设计与实现[D].吉林大学,教育技术学,2013,硕士.
[3]高巍.绿色建筑理念下的北方高校学生公寓设计研究[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[4]田玫,王博.牺牲模板法制备空心结构钯纳米粒子/石墨烯复合体及其甲酸电氧化性能研究[J].无机化学学报,2014,12:2747-2752.
[5]董卫国.三维机织热塑复合材料制作微结构力学性能及复合固化过程的研究[D].天津工业大学,2003.
[6]宋先忠.物流企业信息系统设计研究[D].大连海事大学,2003.
[7]杨增光.智能Agent的研究与实践[D].安徽大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[8]王永维.论我国刑事审判指定管辖制度[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[9]刘媛媛.关于无爪图的Z_3-连通性[D].华中师范大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[10]邓春闽.表面活性剂对再生丝素蛋白凝胶化的影响及作为药物缓释载体的研究[D].苏州大学,纺织材料与纺织品设计,2013,硕士.
[11]轩瑶.基于电子商务平台的铁路车站整车货物作业流程优化研究[D].北京交通大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[12]戚鹏飞.地震波吸收衰减补偿研究[D].中国地质大学（北京）,地球探测与信息技术,2013,硕士.
[13]张玉敏.哈尔滨市核心城区三维工程地质结构及地下空间适宜性研究[D].吉林大学,地质工程,2012,硕士.
[14]潘海成.微量钪锆复合对铝铁合金变质作用的电子理论研究[D].沈阳工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[15]陈柳.中职护生健康促进生活方式及相关因素的研究[D].吉林大学,公共卫生,2012,硕士.
[16]赵小雨.检察机关执行力评价体系研究-以济南市检察院为例[D].西安科技大学,工商管理,2014,硕士.
[17]陈威.武汉联通公众客户响应中心薪酬管理研究[D].华中科技大学,工商管理,2013,硕士.
[18]张贝.试论《诗经》宴饮诗中的礼及其伦理思想[D].湖北大学,中国哲学,2011,硕士.
[19]陈劲松.数字微波多业务转换接口的设计与实现[D].武汉邮电科学研究院,通信与信息系统,2012,硕士.
[20]周广乐.A企业物流业务分析与拓展研究[D].北京交通大学,2014.
[21]孙旭东.高压水射流切割系统关键技术研究[D].华中科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[22]石德乐,叶培建,贾阳,王荣本,郭烈.车辆导航立体视觉测量技术特征点匹配方法[J].农业机械学报.2007(09)
[23]田习菲.醚化改性双氰胺—甲醛脱色絮凝剂的合成及应用[D].苏州大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[24]刘艳.卡维地洛联合特布他林对心肌梗死大鼠心功能的影响及其作用机制[D].山西医科大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[25]张亮.射频收发片上系统开发板的设计与实现[D].中原工学院,信号与信息处理,2012,硕士.
[26]李勇.基于DSP的三相PFC电路研究[D].西安科技大学,电路与系统,2014,硕士.
[27]王晖.非政府组织参与颍上县农村公共产品供给研究[D].安徽大学,公共管理,2014,硕士.
[28]张杨.基于游戏引擎的影视动画创作及应用的研究[D].湖南大学,软件工程,2011,硕士.
[29]黄磊.鲁克沁稠油空气泡沫驱微观驱油机理[D].成都理工大学,油气田开发工程,2013,硕士.
[30]石雪娜,王瑞平.基于压缩感知预测凋亡蛋白亚细胞位点[J].北京生物医学工程,2015,01:70-74.
[31]易锐.辛亥时期革命派的条约观[D].湖南师范大学,中国近现代史,2014,硕士.
[32]谢冰昕.口服中药治疗阵发性心房颤动随机对照试验的系统评价[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[33]柳靖宇.运动技能内隐学习与外显学习遗忘进程的比较研究[D].江西科技师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[34]康山松.编组站到发线运用研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[35]陈鹏飞.基于保密通信的会议签到系统研究[D].黑龙江大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[36]MengJun.The Analysis of Metaphor in International Monetary Fund Annual Report: from the Perspective of Critical Metaphor Analysis[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[37]牛远.《说文解字》指事字比较研究[D].山西师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[38]鲍伟伟.G-四联体的构象调控及其与小分子配体的相互作用研究[D].温州大学,2014.
[39]郭新雷.电力系统实时数据库的自动化测试研究与实现[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[40]林长华.湖南WY实业有限公司核心竞争力定位研究[D].湖南大学,2003.
[41]邢春霞.高钙生物污泥资源化利用开发[D].兰州理工大学,环境工程,2013,硕士.
[42]邝敏华.脑卒中发病早期死亡危险因素Logistic回归模型与中医虚实证的相关性分析[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[43]江波.新形势下部队思想政治教育创新问题探讨[D].华东师范大学,马克思主义理论与思想政治教育,2003,硕士.
[44]李炎炎.miR-101、APP和COX在SAMP8鼠海马组织中的表达[D].华中科技大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[45]林春敏.英国犹太人解放的前奏[D].上海社会科学院,世界史,2012,硕士.
[46]夏志鹏.万迪公司基于价值流程图的流程改善及优化研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[47]安静.ZXM10动力设备及环境集中监控系统[J].现代电信科技.1998(04)
[48]高帆.基于MTM的物料员劳动定额制定和实施[D].广东工业大学,工业工程（专业学位）,2014,硕士.
[49]赵雪.卡西尔论神话思维的情感基质[D].华东师范大学,西方哲学,2013,硕士.
[50]秦珍珍.适用于应力测试系统的自供电技术研究[D].中北大学,信号与信息处理,2014,硕士.