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基于FPGA的图像处理算法的研究与硬件设计

作　者: 付昱强
导　师: 虞礼贞
学　校: 南昌大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: FPGA VHDL 图像处理中值滤波顺序滤波数学形态学卷积运算高斯滤波
分类号: TN79
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 46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。本文以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、卷积运算和高斯滤波等图像处理算法。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，本文提出了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。在数学形态学算法的硬件实现中，本文提出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Quartus Ⅱ以及第三方仿真软件Modelsim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  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1．1 课题背景  7
  1．2 图像处理技术综述  7-10
  1．3 基于 FPGA的图像处理的发展现状  10-12
  1．4 本文的研究内容  12-13
第二章 FPGA设计综述  13-20
  2．1 FPGA技术  13-16
    2．1．1 FPGA的发展  13-14
    2．1．2 FPGA的基本原理  14-15
    2．1．3 FPGA的优点  15-16
  2．2 ACEX1K器件  16-17
  2．3 基于Quartus II的FPGA 设计流程  17-20
第三章数字图像处理算法  20-30
  3．1 方形窗  20-21
  3．2 中值滤波  21-22
  3．3 快速中值滤波  22-24
    3．3．1 算法原理  22-24
    3．3．2 算法分析  24
  3．4 顺序滤波  24-25
  3．5 数学形态学  25-27
    3．5．1 二值形态学  26
    3．5．2 灰度形态学  26-27
  3．6 卷积运算  27-29
  3．7 高斯滤波  29-30
第四章基于 FPGA的图像处理算法实现  30-65
  4．1 滤波器总体硬件设计方案  30-31
  4．2 中值滤波的硬件实现  31-42
    4．2．1 FIFO  31-33
    4．2．2 3x3方形窗生成模块  33-36
    4．2．3 行列计数器模块  36-38
    4．2．4 中值滤波算法模块  38-42
  4．3 快速中值滤波的硬件实现  42-47
  4．4 顺序滤波的硬件实现  47-51
  4．5 灰度形态学算法的硬件实现  51-54
  4．6 卷积运算的硬件实现  54-59
  4．7 高斯滤波的硬件实现  59-60
  4．8 性能分析  60-65
第五章总结与展望  65-67
  5．1 总结  65
  5．2 展望  65-67
参考文献  67-70
附录  70-73
致谢  73

基于FPGA的图像处理算法的研究与硬件设计

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