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基于FPGA的手势图像处理

作　者: 李洋波
导　师: 赵不贿
学　校: 江苏大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: FPGA VHDL 图像处理中值滤波顺序滤波数学形态学边缘检测
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 287次
引　用: 3次
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内容摘要

随着微电子技术的高速发展,实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着越来越广泛的应用。FPGA就是硬件处理实时图像数据的理想选择,基于FPGA的图像处理专用芯片的研究将成为信息产业的新热点。论文以FPGA为平台,使用VHDL硬件描述语言设计并实现了中值滤波、顺序滤波、数学形态学、边缘检测等图像处理算法。在设计过程中,通过改进算法和优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性,采用流水线结构优化算法,提高了顶层滤波模块的处理速度。在中值滤波器的硬件设计中,采用一种快速中值滤波算法,该算法大大节省了硬件资源,处理速度也很快,并设计了选择端对多种滑动窗口进行选择,以适应不同的要求。在数学形态学算法的硬件实现中,论文采用的最大值滤波和最小值滤波算法,大大减少了硬件资源的占用率,适应了流水线设计的要求,提高了图像处理速度。整个设计及各个模块都在Altera公司的开发环境QuartusⅡ软件上进行了逻辑综合以及仿真。综合和仿真的结果表明,使用FPGA硬件处理图像数据不仅能够获得很好的处理效果,达到较高的工作频率,处理速度也远远高于软件法处理图像,可满足实时图像处理的要求。本课题为图像处理专用FPGA芯片的设计做了有益的探索性尝试,对今后完成以FPGA图像处理芯片为核心的实时图像处理系统的设计有着积极的意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9
  1.2 数字图像处理技术发展概述  9-10
  1.3 处理平台的选择  10-13
  1.4 基于FPGA的图像处理的发展现状  13-15
  1.5 课题的目的，意义及主要工作  15-16
  1.6 本文的内容和结构  16-17
第二章数字图像处理算法研究  17-38
  2.1 数字图像处理流程概述  17
  2.2 手势图像分割  17-23
    2.2.1 算法原理  18-23
      2.2.1.1 颜色空间  18-20
      2.2.1.2 肤色模型的建立  20-23
    2.2.2 算法仿真  23
  2.3 滤波  23-30
    2.3.1 邻域平均滤波法  24-25
    2.3.2 中值滤波法  25-27
    2.3.3 快速中值滤波  27-29
      2.3.3.1 算法原理  27-28
      2.3.3.2 算法分析  28-29
    2.3.4 顺序滤波  29-30
  2.4 数学形态学操作  30-32
    2.4.1 图像膨胀运算  30-31
    2.4.2 图像腐蚀运算  31-32
    2.4.3 图像开、闭运算  32
  2.5 边缘检测算法  32-38
    2.5.1 图像的边缘  32-33
    2.5.2 边缘检测算法原理  33-35
    2.5.3 边缘检测算子  35-38
      2.5.3.1 Roberts算子  35
      2.5.3.2 Sobel算子  35-36
      2.5.3.3 Prewitt算子  36-37
      2.5.3.4 算法效果比较  37-38
第三章 FPGA设计综述  38-47
  3.1 FPGA技术  38-41
    3.1.1 FPGA的发展  38-39
    3.1.2 FPGA的基本原理  39-40
    3.1.3 FPGA的优点  40-41
  3.2 Cyclone II器件  41-42
  3.3 硬件描述语言(HDL)  42-44
    3.3.1 硬件描述语言简介  42-43
    3.3.2 VHDL语言  43-44
  3.4 基于Quartus II的FPGA设计流程  44-47
第四章图像处理算法的FPGA实现  47-79
  4.1 图像分割算法的硬件实现  47-49
  4.2 中值滤波算法的设计与实现  49-66
    4.2.1 算法实现原理  49
    4.2.2 中值滤波各模块实现  49-62
    4.2.3 快速中值滤波算法  62-66
  4.3 顺序滤波器的硬件实现  66-70
  4.4 膨胀，腐蚀算法的设计与实现  70-73
  4.5 边缘检测算法的设计与实现  73-77
    4.5.1 算法实现原理及方法  73
    4.5.2 算法实现流程  73-74
    4.5.3 各模块实现  74-76
      4.5.3.1 梯度计算模块  74-75
      4.5.3.2 梯度比较和输出模块  75-76
    4.5.4 边缘检测算法仿真结果  76-77
  4.6 性能分析  77-79
第五章总结与展望  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读学位期间发表的论文  84

基于FPGA的手势图像处理

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