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基于FPGA的Camera Link相机图像采集及处理技术研究

作　者: 吴振锋
导　师: 刘国栋
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: FPGA 图像采集 图像处理 硬件实现
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


二维激光位移传感器是一种基于线结构光的测量系统。该系统中线结构光光条图像的实时采集和处理是制约其测量效率的主要瓶颈，因此对于其图像实时采集和处理技术的研究至关重要。二维激光位移传感器中图像的获取往往采用Camera Link接口的工业相机。这是由于Camera Link接口具有抗干扰能力强、传输速率快、传输距离远及开放性好等诸多优点，不但可以为二维激光位移传感器的图像采集提供稳定的图像数据，而且能方便地通过对相机的曝光控制等来适应不同的测量环境。随着FPGA技术的不断发展，基于FPGA的图像采集处理系统逐渐成为研究的热点。由于FPGA强大的并行处理能力，其在图像预处理领域的优势也越来越明显。因此以FPGA为核心器件的图像采集处理系统，可以充分利用FPGA的并行处理能力以满足二维激光位移传感器的实时性测量要求。因此，本文进行了基于FPGA的Camera Link相机图像采集及处理技术研究，主要工作内容如下：1)设计了基于FPGA的图像采集调试平台；2)对图像采集调试平台进行了相应的硬件逻辑设计，实现了相机图像的实时采集、存储、VGA显示及串口通信等功能；3)对典型的空间域图像增强算法进行了硬件实现，验证了基于FPGA的图像采集处理系统在图像预处理领域的巨大的并行处理优势；4)对激光光条提取算法进行了设计与硬件实现，为二维激光位移传感器图像处理算法的进一步研究奠定了基础。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章 绪论  7-11
  1.1 课题背景及研究意义  7-8
  1.2 基于 FPGA 的图像采集及处理技术研究现状  8-10
  1.3 本文研究的主要内容  10-11
第2章 图像采集调试平台电路设计  11-21
  2.1 平台总体设计  11-12
  2.2 Camera Link 接口电路设计  12-13
  2.3 存储电路设计  13-15
  2.4 VGA 显示接口电路设计  15-17
  2.5 RS-232 串口通信电路设计  17-18
  2.6 FPGA 芯片选择及配置下载电路设计  18-19
  2.7 电源方案设计  19
  2.8 本章小结  19-21
第3章 图像采集调试平台的硬件逻辑设计  21-37
  3.1 图像采集调试平台介绍  21
  3.2 硬件逻辑顶层设计  21-22
  3.3 PLL 时钟分频模块  22-23
  3.4 图像采集模块  23-26
  3.5 SRAM 读写控制模块  26-29
  3.6 图像存储控制模块  29-30
  3.7 VGA 显示控制模块  30-32
  3.8 RS-232 串口通信模块  32-36
    3.8.1 串口接收子模块  33-34
    3.8.2 串口发送子模块  34-36
  3.9 本章小结  36-37
第4章 典型空间域图像增强算法的硬件实现  37-48
  4.1 3×3 滤波窗口实现  37-39
  4.2 中值滤波  39-41
    4.2.1 算法原理  39
    4.2.2 算法的硬件实现  39-40
    4.2.3 硬件算法性能分析  40-41
  4.3 拉普拉斯滤波  41-45
    4.3.1 算法原理  41-42
    4.3.2 算法的硬件实现  42-44
    4.3.3 硬件算法性能分析  44-45
  4.4 Sobel 滤波  45-47
    4.4.1 算法原理  45
    4.4.2 算法的硬件实现  45-46
    4.4.3 硬件算法性能分析  46-47
  4.5 本章小结  47-48
第5章 激光光条中心提取算法的硬件实现  48-56
  5.1 激光光源及光束特性  48
  5.2 传统极值法  48-51
    5.2.1 算法原理  48-49
    5.2.2 算法的硬件实现  49-50
    5.2.3 算法硬件实现效果分析  50-51
  5.3 改进的极值法  51-52
    5.3.1 算法原理  51
    5.3.2 算法的硬件实现  51-52
    5.3.3 算法硬件实现效果分析  52
  5.4 灰度质心法  52-54
    5.4.1 算法原理  52-53
    5.4.2 算法的硬件实现  53-54
    5.4.3 算法硬件实现效果分析  54
  5.5 本章小结  54-56
结论  56-57
参考文献  57-60
附录 A  60-61
附录 B  61-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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