基于FPGA和ARM的彩色图像处理系统研究

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基于MATLAB与FPGA的图像处理教程

在当今高度信息化的时代，图像处理已经成为了众多领域中不可或缺的一部分，从医学、安全到机器人技术，其应用越来越广泛。而《基于MATLAB与FPGA的图像处理教程》这本书，为读者提供了一个全新的视角，以理解和掌握图像处理的核心概念与技术。
这本书的作者韩彬、林海全和姜宇奇都是电子工业社的专家，他们深入浅出地讲解了基于MATLAB和FPGA的图像处理原理和应用。其中，MATLAB作为一种强大的数学计算和算法开发工具，被广泛用于算法设计和验证。而FPGA（现场可编程门阵列）则是一种灵活的硬件加速引擎，可以用于实现高性能的并行处理和计算。
当谈到MATLAB在图像处理中的应用时，作者强调：“MATLAB是一个强大的科学计算工具，它提供了丰富的图像处理工具箱，使得用户可以轻松地实现各种复杂的图像处理算法。”
对于如何结合MATLAB和FPGA进行图像处理，作者解释道：“通过将MATLAB算法部署到FPGA上，我们可以实现高速、实时的图像处理。这是因为FPGA具有高并行性和高效率的特点，可以大大提高算法的执行速度。”
在理解了图像处理算法的理论基础之后，本书通过MATLAB软件将这些算法进行实现和验证。这部分内容详细介绍了如何使用MATLAB进行图像处理的各种操作，包括图像的读取、处理和显示等。通过这部分内容，读者可以深入理解图像处理算法在软件层面的实现方法。
这一部分是本书的核心内容，它详细介绍了如何将前面所学的图像处理算法通过FPGA进行并行硬件加速。这部分内容涉及到了FPGA的基本知识、硬件设计流程以及具体的实现案例。通过这部分内容，读者可以了解到FPGA在图像处理领域的应用以及如何将算法移植到FPGA上进行硬件加速。
内容摘要
这些实例涵盖了多种图像处理算法，包括图像滤波、边缘检测、形态学操作等。通过这些实例，读者可以深入了解FPGA图像处理的实现细节。《基于MATLAB与FPGA的图像处理教程》是一本理论与实践相结合的教程，适合对图像处理和嵌入式系统开发感兴趣的读者阅读。通过本书的学习，读者可以掌握使用MATLAB和FPGA进行图像处理的核心技能，为实际项目的开发提供有力的支持。

基于FPGA+ARM的智能图像门控系统

猛发展，得基于图像识别的控制系统成为现实ｌ。使１
本文提出了基于ＦＧＡＭ的智能图像门控系统，比ＰＡ＋Ｒ相
于单处理器的图像控制系统，具有实时性好、图像算法实
现简单、扩展性强等优点。
１系统设计方案
ＩｔｌｇｎｔＤｏｒＣｏｒｌＳｙｔｍｓｄｏＦＰＧＡ＋ＡＲＭｎｅｌｅｏｎｔｏｓｅＢａｅｎｉ
ＺＨＡＮＧｉｇｅ，ＡＮＹｏｇｈｎ，ＵＮＬｎｙｎＴｎｆｉＦｎｓｅｇＳｉｇｕ
（ｃｏｏｌｔｎｓｎｏｐｔｃｎ＆Ｔｈｏｇ，ｏｈＵｉｒｔｏＣｉ，ａｕｎ３０１Ｃｉ，ＳｈｌｆＥｃｏｉｄＣｍｕｒｉｃｏｅｒｃａｅＳｅｅｅｎｌｙＮｒｎｅｉｈａＴｉａ０５，ｈｃｏｔｖｓｙｆｎｙ０ａｎ
ｂｅｈｄａｅｓｕｔｅｏｏｂｅｃｎｒｌｒ（ＰｙｔａｗｔｃｕｆｄｕｌｏｏｅＦＧＡ＋ＡＲ．ＴｅｉａｅｄｔｏｌｔｄｂａｒｈｃｓｃｎｒｌｄｂＰＡ．ＡｄａｔｅｓｍｅｈｒｒｒｒｔｌＭ）ｈｍｇａａｉｃｌｃｅｙａｃｍｅａｗｉｈｉｏｔｌｙＦＧｓｅｏｅｎｔｈａ
（中北大学电子与计算机科学技术学院，山西太原００５）３于图像的智能门控系统，成功改善了统智能门控系统控制范围小、传灵敏度低的点。系统采用ＦＧ缺ＰＡ＋ＡＭ双控制器的硬件结构，Ｒ实现了系统的小型化和实时性。ＦＧＰＡ控制摄像头采集图像数据，并进行灰度预处理，过２片通ＳＡ乒乓操作实时缓存图像数据，ＲＭ采用总线的方式与ＡＭ嵌入式系统进行通信，Ｒ并通过移植ＯｅＣ实现图像门控算法。实ｐｎＶ验结果表明该系统的准确率达到９％。６【关键词】智能门控系统；ＲＦＧ；ｐｎＶＡＭ；ＰＡＯｅＣ【中图分类号】Ｔ３．；Ｐ７Ｎ１１Ｔ２７【文献标识码】Ａ

fpga arm联合原理

fpga arm联合原理FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，而ARM（Advanced RISC Machines）则是一种基于精简指令集（RISC）的处理器架构。

本文将探讨FPGA和ARM的联合原理，即在FPGA中实现ARM处理器的设计和应用。

我们来了解一下FPGA。

FPGA是一种可编程逻辑器件，可以通过编程来实现不同的数字电路功能。

与传统的固定功能集成电路（ASIC）相比，FPGA具有灵活性和可重构性，能够根据需要进行重新编程，使其适用于多种应用场景。

FPGA的核心是由大量的可编程逻辑单元（CLB）和可编程互连资源（IOB）组成的，可以通过内部连接和外部引脚与其他电路元件进行通信。

而ARM是一种处理器架构，被广泛应用于各种嵌入式系统和移动设备中。

ARM处理器以其低功耗、高性能和高度灵活的特性而闻名。

ARM处理器采用了精简指令集（RISC）的设计理念，使其指令集简洁而高效，能够在有限的资源下提供强大的计算能力。

将FPGA和ARM结合起来，可以充分发挥两者的优势，实现更灵活、高性能的系统设计。

在FPGA中实现ARM处理器的设计主要通过将ARM的RTL（Register-Transfer Level）描述转化为FPGA可编程逻辑的实现方式。

具体而言，可以使用硬件描述语言（HDL）如VHDL 或Verilog来编写ARM处理器的RTL描述，然后使用FPGA开发工具将其综合为FPGA的配置文件。

在配置文件中，ARM处理器被映射到FPGA的CLB和IOB资源中，以实现ARM指令的执行和数据处理。

通过FPGA实现ARM处理器的设计具有多个优势。

首先，FPGA可以提供更大的逻辑资源和存储容量，可以容纳更复杂的ARM处理器设计和更丰富的外设接口。

其次，FPGA的可编程性使得ARM处理器可以根据需要进行灵活的配置和优化，以满足不同应用场景的需求。

此外，FPGA具有较低的功耗和较高的计算性能，可以为ARM处理器提供更好的运行环境。

基于 FPGA 的图像识别及处理技术研究

基于 FPGA 的图像识别及处理技术研究随着科技的日益发展，计算机视觉技术成为一项越来越热门的领域。

其中，图像识别与处理技术是计算机视觉中的重要内容。

本文将探讨基于 FPGA 的图像识别与处理技术，介绍它的原理、应用场景以及未来发展方向。

一、基础原理FPGA（Field Programmable Gate Array），中文名为现场可编程门阵列，是由一系列的可编程逻辑单元、输入输出块（IOB）、时钟管理单元、片上RAM等组成的可编程芯片。

图像识别与处理的基本流程是：图像采集 -> 图像预处理 -> 特征提取 -> 分类识别。

其中，图像预处理的任务是将原始图像进行去噪、增强、边缘检测等处理，特征提取的任务是将处理后的图像进行特征提取，分类识别的任务是将提取得到的特征进行分类，从而识别出图像中的目标物体。

FPGA 可以根据需要进行编程，实现不同的逻辑功能。

对于图像处理，可以采用 VHDL 或 Verilog 语言进行编程，将图像预处理、特征提取和分类识别等功能独立实现在FPGA 中。

由于FPGA 的并行计算能力很强，能够同时处理多个像素点，因此在图像识别与处理中表现出色。

二、应用场景基于 FPGA 的图像识别与处理技术在许多领域都有广泛应用。

下面简单介绍几个典型的应用场景。

1. 智能监控安防领域是 FPGA 图像识别与处理技术的典型应用之一。

以智能监控系统为例，该系统需要对摄像头拍摄的图像进行实时分析和处理，识别出异常行为（如人员进出、奔跑等）并及时采取措施。

使用 FPGA 技术可以有效提升系统的实时性和准确性。

2. 无人驾驶无人驾驶领域同样是 FPGA 图像识别与处理技术的重要应用之一。

无人驾驶车辆需要通过摄像头获取道路信息、交通信号灯等，然后根据识别结果确定行驶方向、速度等。

基于 FPGA 的图像识别处理可以大幅提高无人驾驶车辆的实时性和关键信息的准确性。

3. 机器视觉机器视觉是一项广泛应用于工业自动化、农业、医疗等领域的技术。

基于FPGA的图像处理加速技术研究

基于FPGA的图像处理加速技术研究随着科技的发展，图像处理技术逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。

同时，图像处理技术也逐渐面临着越来越广泛的应用需求。

在这样的背景下，基于FPGA的图像处理加速技术应运而生。

本文将探讨基于FPGA的图像处理加速技术研究的现状和未来发展方向。

一、FPGA技术概述FPGA（Field-Programmable Gate Array）中文名叫现场可编程门阵列，是一种可编程逻辑芯片，可以在上面设计出各种数字逻辑电路，并对其进行编程实现。

与ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）芯片相比，FPGA芯片实现的功能更加灵活，兼容性更好。

二、FPGA在图像处理中的应用FPGA在图像处理中的应用十分广泛，可以实现数字图像处理、数字信号处理、图像滤波、边缘检测、图像分割、图像增强、运动估计和运动补偿等。

对于图像处理中的复杂计算问题，FPGA可以通过并行计算进行高速处理，从而大大提高了图像处理效率。

此外，FPGA的高灵活性和强大的可编程性也为图像处理领域带来了更多的技术创新。

三、基于FPGA的图像处理加速技术研究现状当前，基于FPGA的图像处理加速技术已经被广泛应用于多个领域，例如医疗图像处理、视频图像处理和视觉传感器等。

其中，医疗图像处理是最为广泛应用的领域之一。

在医疗图像处理中，FPGA可以处理放射性图像、磁共振图像和计算机断层扫描图像等医疗图像，可以实现图像去噪、图像增强和图像分割等功能。

此外，基于FPGA的图像处理加速技术还被广泛应用于军事图像处理和安防图像处理领域。

在军事领域，FPGA可以实现高速图像传输和实时图像分析。

在安防领域，FPGA可以实现人脸识别、车牌识别和动态目标检测等功能。

四、基于FPGA的图像处理加速技术研究未来发展方向随着科技的不断发展，基于FPGA的图像处理加速技术也面临着更广阔的发展空间。

未来，基于FPGA的图像处理加速技术将继续向多媒体领域、虚拟现实领域逐步拓展。

基于FPGA的图像处理算法加速技术研究

基于FPGA的图像处理算法加速技术研究摘要：随着数字图像处理技术在各个领域的广泛应用，对快速高效的图像处理算法的需求也在不断增长。

然而，传统的计算平台往往难以满足实时性、低功耗和高并行性等要求。

因此，本文研究了基于FPGA的图像处理算法加速技术，通过将图像处理算法实现在FPGA上，利用硬件并行性和高速优势加速图像处理过程，提高系统性能和效率。

1.引言近年来，数字图像处理技术在计算机视觉、医学成像、视频编解码等领域得到了广泛应用。

由于图像处理算法的复杂性和计算量之大，传统的计算平台往往难以满足实时性、低功耗和高并行性等要求。

而可编程逻辑器件（FPGA）作为一种灵活的硬件加速器，可以满足这些需求并提高系统性能和效率，因此成为研究重点。

2. FPGA的基本原理FPGA是一种可编程逻辑器件，它由大规模的可编程逻辑单元（PLU）和可编程I/O接口组成。

PLU可以根据需要配置为逻辑门、存储器或其他数字电路。

FPGA通过编程的方式来重新组织PLU和I/O 接口，从而实现特定功能。

相较于传统的处理器，FPGA具备并行处理能力，可以同时处理多个输入数据使其比其他计算平台更为高效。

3. FPGA在图像处理中的应用FPGA在图像处理领域的应用主要包括图像增强、图像滤波、边缘检测和目标识别等。

FPGAs可以提供硬件级的并行计算，利用硬件逻辑可有效加速图像处理过程。

控制器和状态机可以根据图像处理的要求进行实时调整，提高算法的性能。

并且，FPGA具有低功耗和高通量的特点，使得图像处理任务能够在资源有限的情况下高效完成。

4. 基于FPGA的图像处理算法加速技术基于FPGA的图像处理算法加速技术主要包括流水线技术、并行计算和硬件优化等。

流水线技术通过将图像处理算法划分为多个阶段，使得各个阶段可以并行计算，提高整体的计算速度。

并行计算技术则将多个相同的处理单元复制到FPGA中，使其能够同时处理多个数据，提高并行度。

硬件优化技术则通过对算法进行硬件级别的优化，提高计算效率。

基于FPGA和ARM的红外图像实时显示和采集方法

ｄｉｓｐｌａｙａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｔｏｄｉｓｐｌａｙａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎＩＲｉｍａｇｅｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡａｎｄＡＲＭｓｙｓｔｅｍｉｎｒｅａｌ — ｔｉｔｗｏｒｋｏｎＬＣＤｓｃｒｅｅｎｂｙｕｓｉｎｇＱｔＭｕｌｔｉ — ｔｈｒｅａｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｉｔｂｙ
第４３卷第１１期
２０１３年１１月
激光与红外
ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ１．４３，Ｎｏ．１１Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１３
文章编号：１００１－５０７８（２０１３）１１ — １２２２－０７
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＡＲＭｓｙｓｔｅｍｉｓｓｌｏｗ，ｉｎｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｄｉｉｃｆｕｌｔｔｏａｃｈｉｅｖｅｃｏｍｐｌｅｔｅｒｅａｌ — ｔｉｍｅｏｎｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｅ
（４０４ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｐｔｉｃ — ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）

基于fpga的数字图像处理原理及应用

基于FPGA的数字图像处理原理及应用1. 引言数字图像处理作为一项重要的技术，已经被广泛应用于多个领域，例如医疗影像、机器视觉和图像识别等。

而基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的图像处理系统已经成为研究的热点。

本文将介绍基于FPGA的数字图像处理原理及其应用。

2. FPGA的基本原理和特点FPGA是一种可重构的硬件设备，具有可在现场编程的特点，使其适用于不同应用的实时高性能图像处理。

FPGA拥有可配置的逻辑单元和内部存储器，可用于实现各种数字图像处理算法。

3. FPGA在数字图像处理中的应用3.1 图像滤波•FPGA可以实现图像滤波算法，例如均值滤波、中值滤波和高斯滤波等。

•FPGA的并行计算能力使得图像滤波可以以实时高性能的方式进行。

3.2 图像边缘检测•基于FPGA的图像边缘检测算法可以有效地提取图像的边缘信息，用于目标识别和图像分割等应用。

•FPGA的并行处理能力和灵活的逻辑结构使得边缘检测算法可以以高效的方式实现。

3.3 图像增强•FPGA可以用于实现图像增强算法，例如直方图均衡化和灰度级调整等。

•FPGA的硬件并行性使得图像增强算法可以在实时性要求较高的应用中得到广泛应用。

3.4 图像压缩•FPGA可以实现图像压缩算法，例如JPEG压缩算法。

•FPGA的高速并行处理能力使得图像压缩可以以实时高效的方式进行。

4. FPGA在数字图像处理中的优势•FPGA具有硬件并行处理能力，可以实现高效的图像处理算法。

•FPGA具有灵活性，可以根据不同的应用需求进行编程和配置。

•FPGA具有低功耗和低延迟的特点，适用于实时性要求较高的图像处理应用。

•FPGA具有较高的计算性能和吞吐量，可以满足高帧率的图像处理需求。

5. FPGA在数字图像处理中的应用案例5.1 医疗影像处理•基于FPGA的医疗影像处理系统可以用于实时的医学图像分析和诊断。

•FPGA的硬件并行处理能力可以提高医疗图像处理系统的性能和效率。

基于FPGA的图像处理系统

基于FPGA的图像处理系统一、引言在当代社会中，图像处理技术已广泛应用于各个领域，如医学影像、自动驾驶、安防监控等。

图像处理系统的实现要求高效、实时、稳定，而传统的软件实现方式在处理速度和实时性方面存在局限性。

因此，基于可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）的图像处理系统应运而生。

本文将介绍的原理、设计和应用。

二、原理FPGA是一种可编程的硬件设备，具有可重构性的特点，用户可以通过编程对FPGA进行逻辑电路的配置。

将图像处理任务转化为逻辑电路的实现，通过并行计算和密集的硬件资源，提供了高性能和高速度的图像处理能力。

1. FPGA的工作原理FPGA由一系列可编程的逻辑单元（Logic Cell）和可编程的可输入/输出块（Input/Output block）组成。

用户可以通过硬件描述语言（HDL）对FPGA进行编程，从而实现所需的逻辑功能。

2. 基于FPGA的图像处理流程的核心是使用FPGA对图像进行分析和处理。

其处理流程包括图像输入、预处理、特征提取、特征分析和图像输出等基本步骤。

（1）图像输入：将需要处理的图像输入到FPGA，通常使用摄像头或者传感器得到实时图像。

（2）预处理：对输入的图像进行预处理，例如去噪、灰度化、增强对比度等操作。

这些预处理操作旨在缩减噪声和提高图像质量，为后续的特征提取和分析提供更好的数据基础。

（3）特征提取：通过对图像进行边缘检测、角点检测、纹理分析等操作，提取图像中的重要特征。

特征提取是图像处理中的关键步骤，其结果能够反映出图像的本质信息。

（4）特征分析：依据提取的特征，对图像进行分析和处理。

可以进行目标检测、物体识别、人脸识别等任务。

（5）图像输出：将经过处理后的图像输出，通常通过显示器、视频录制设备等方式展示结果。

三、设计的设计包括硬件设计和软件设计。

硬件设计的关键是选择和配置适当的FPGA芯片，确定需要的逻辑电路和资源，并将其编程在FPGA中。

基于FPGA的图像处理探究

隹Isl^iSls V12021年第03期(总第219期)基于FPGA的图像处理探究王建,赵红霞(运城职业技术学院，山西运城044000)摘要：随着图像处理的数量的增大和图形处理算法复杂度变高，图像处理实时性就变得十分重要。

为了解决图像处理中数据实时性问题，文章基于FPGA的图像处理进行分析，文章基于边缘检测算法和滤波算法，选择以Sobel算子对图像进行预处理，并选择Matlab软件对算法进行仿真，研究算法的可行性。

实验表明文章提出的基于FPGA的图像处理系统具有良好的边缘检测效果,能够实现数据处理实时要求。

关键词：图像处理;FPGA；边缘检测；中值滤波中图分类号:TP391文献标识码：B文章编号:2096-9759(2021)03-0079-03在图像处理的数量的增多，以及图形处理算法复杂度日益变高的背景下，针对图像处理实时处理难度将越来越高。

结合国内外学者研究的文献，主要集中了图像处理算法的研究层面上，关于选择具体的处理器和仿真软件两者融合进行研究的文献较少。

因此，本文基于FPGA对图像进行处理，釆用边缘检测和滤波算法，以Sobel算子对图像进行实时处理，从而满足图像处理时间和速度的要求，结合仿真结果验证本次设计的实用性，从而说明本研究实际意义。

1边缘检测和Sobel算法、中值滤波理论分析在实际生活中，边缘是指两个灰度值在相差较大的相邻区域当中，具体表现为特征不连续性。

通常用导数函数变化收稿日期:2020-12-29图2两种过滤方法实验结果对比图由图2中的四组曲线对两种过滤方法的拟合优度和误判率分别进行分析。

首先，针对拟合度优度指数分析得出，本文过滤方法的拟合度和传统过滤方法的拟合度在整体上註的差异性较小，数值基本接近,但仍然能够看出本文过滤方法的拟合优度指数更高，由本文上述计算可知，拟合优度指数数值越高，则说明过滤的精度越高。

因此，证明本文提出的异常信息流过滤方法与传统过滤方法相比，在实际应用中的过滤精度更高。

基于ARM7与FPGA架构的面阵CCD图像采集系统的设计

ｓｔｍｕｓＦｙｓｅｅｓＰＧＡｔｏｏｒｏｔｖｉｏｉｇａｌｃｃｎｔｌｈｅｄｅｓｎａｑｕｉｉｏｎ，ｔｋｅｓｓｔｉａｔｈＡＲａｓｅＭ７ａｎｍｅｐｃｓｉｕｔ，ａｉａｇｒｏｅｓｎｇｎｉｎｄ
单元，并利用ＣＳＩ实时操作系统对多任务进行管理，／－Ｉ０系统扩展灵活，满足小型化与低功耗的要求。
关键词：面阵ＣＤ图像采集；ＰＡ乒乓缓存Ｃ；ＦＧ；
中图分类号：Ｐ９．１Ｔ３１４文献标识码：Ａ文章编号：６１４９－２１）一１３０１７－７２（００Ｉ００ — ４
０引言
面各有优缺点。目前，应用于铁路、公路等行业的移动检测设
备当中，以面阵ＣＤ图像传感器居多，仍Ｃ这类设备不仅需要
随着图像处理技术的不断发展与国民生活质量的不断
提高，图像处理系统已经被广泛应用于军事工农业自动化生产等各个领域。目前，常见的图像处理系统主要由图像传理系统组成示意图由图一所示。
ＤｓｇｏｒａＣｍｇｃｕｓｉｎＳｓｅａｅｎＡ７ＡｄＦＧｒｈｅｔｒｅｉｎｆＡｒｙＣＤＩａｅＡｑｉｉｏｙｔｍＢｓｄＯＩｎＰＡＡｃｉｃｕｅｔｔ
ｔｕｅ，ｗｈｉｈｒｃｉｓｔｒｇｅｄａｅｔｆｏｔｅｒｅａｒａｙＣＤｍｅｒｈａａ－ｒＣｉａｇａｃｉｑｕｓｉｔｏｓｙｅｓｉｎｓｔｍ’ ｒｅｕｉｅｑｒｍｅｎｓｔｏｆｍｉａｔｒｉａｔｎｎｉｕｚｉｏａｌｗｐｗｅｕｓｄｎｈｅａｉｌａｙ，ｎｄｏｏｒｅｉｔｒｗｈｉｇｗａａｎｏｔｒｎｓｔｅｍｏｎｄｔｅｉｈｙｄｈｅｉｄｕｒｉｓｖｉｇｅｃｔｏｎ．Ｔｈｓｉａｒｃｌｄｃｂｅｔｈｔｉｅｅｓｒｉｓｅｂｉｐｒｎｃｉｌｅｆｙｓｍａｓｃｉｐｏｓｔｅｄｅｇｓｉｎ，ａｎｄｆｏｓｅｏｔｔｓｓｔｍｏｗｅｎｄａｒｗｅｃｕｓｎｈｅｈｅｙｅｓｆｔａｒａｈｄａｒｄｅｇｓｕｈｓｉｎｃａｓｔｈｉ－ｅｍ

Zynq-7000“FPGA+ARM”架构的数字图像处理系统设计

敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2021年第7期43Z y n q7000 F P G A+A R M 架构的数字图像处理系统设计王咏星,张国兵,宋俊霞(北京轩宇空间科技有限公司,北京100190)摘要:针对目前数字图像高帧频㊁高分辨率㊁大数据量的特点,本系统选取有丰富逻辑资源㊁具有高速并行运算能力和可重构能力的Z y n q7000系列产品,其 F P G A+A R M 的体系架构提高了数字图像处理系统前端图像的采集速度㊁方便了中端图像处理以及后端的显示㊂本文介绍了基于Z y n q7000的C a m e r a l i n k图像输入与采集㊁C a m e r a l i n k图像传输与存储和C a m e r a L i n k图像显示的数字图像处理系统的设计,并且详细介绍了各部分功能涉及的关键技术㊂经验证,本系统实时性高㊁体积小㊁性能稳定,实现了大数据量的图像采集与传输,目前已应用在实际的项目中㊂关键词:Z y n q7000;F P G A;A R M;图像处理系统中图分类号:T P274文献标识码:AD e s i g n o f D i g i t a l I m a g e P r o c e s s i n g S y s t e m P l a t f o r m B a s e d o n Z y n q7000F PG A+A R M A r c h i t e c t u r eW a n g Y o n g x i n g,Z h a n g G u o b i n g,S o n g J u n x i a(B e j i n g S u n W i s e S p a c e T e c h n o l o g y,B e j i n g100190,C h i n a)A b s t r a c t:I n v i e w o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h f r a m e f r e q u e n c y,h i g h r e s o l u t i o n a n d l a r g e a m o u n t o f d a t a o f d i g i t a l i m a g e,t h e s y s t e m s e-l e c t s Z y n q7000s e r i e s p r o d u c t s w i t h r i c h l o g i c a l r e s o u r c e s,h i g h s p e e d p a r a l l e l c o m p u t i n g a b i l i t y a n d r e c o n f i g u r a b l e a b i l i t y.I t s"F P G A +A RM"a r c h i t e c t u r e i m p r o v e s t h e a c q u i s i t i o n s p e e d a t t h e f r o n t-e n d o f d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g s y s t e m,f a c i l i t a t e s t h e i m a g e p r o c e s s i n g a t t h e m i d d l e-e n d a n d t h e d i s p l a y a t t h e b a c k-e n d.T h e d e s i g n o f d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g s y s t e m b a s e d o n Z y n q7000f o r C a m e r a L i n k i m a g e i n p u t a n d a c q u i s i t i o n,C a m e r a L i n k i m a g e t r a n s m i s s i o n a n d s t o r a g e,a n d C a m e r a L i n k i m a g e d i s p l a y,a n d t h e k e y t e c h n o l o g i e s i n-v o l v e d i n e a c h f u n c t i o n a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l.I t h a s b e e n p r o v e d t h a t t h e s y s t e m h a s h i g h r e a l-t i m e p e r f o r m a n c e,s m a l l s i z e a n d s t a b l e p e r f o r m a n c e,a n d h a s r e a l i z e d t h e i m a g e a c q u i s i t i o n a n d t r a n s m i s s i o n o f l a r g e a m o u n t o f d a t a.I t h a s b e e n a p p l i e d i n p r a c t i c a l p r o j e c t a t p r e s e n t. K e y w o r d s:Z y n q7000;F P G A;A RM;i m a g e p r o c e s s i n g s y s t e m0引言近年来数字图像技术在工业生产㊁军事㊁生物医学㊁航空航天和通信等方面受到了极大的重视㊂随着集成电路工艺的高速发展,F P G A可编程逻辑器件在规模日益增大的同时成本也在逐渐下降,其中X i l i n x Z y n q7000系列产品就是一种全可编程片上系统(A l l P r o g r a mm a b l e S y s-t e m o n C h i p),它将A R M C o r t e x A9处理器和F P G A可编程逻辑资源进行集成,具有硬件和软件均可重新编程的特点,软硬件协同工作提高了设计的灵活性㊂数字图像处理的数据量大,对实时性要求严格,因此实时图像处理系统必须具有强大的运算能力,本系统就是基于Z y n q7000系列产品设计,并利用A X I(A d v a n c e d e X t e n s i b l e I n t e r f a c e)总线实现了A R M处理器与F P G A 的数据交换,即通过P S和P L软硬件协同工作㊂1系统结构及工作原理图像源产生的L V D S串行高速图像信号经过C a m e r-a L i n k芯片D S90C R286M T D后,按照C a m e r a L i n k接口协议转换成并行T T L信号,并将T T L信号输入至F P G A 接口㊂F P G A使用Z y n q7000系列的x c7z100f f g9002器件,在P L端进行采集与控制,在此过程中P L端将通过A X I总线将图像数据存储到D D R中,P S端在接收到图像中断信号时开始读取D D R中的图像数据,判断图像帧号是否连续,是否存在丢图现象,并将结果通过串口发送至上位机,同时P S将C a m e r a L i n k图像通过千兆以太网发送至上位机,上位机将图像显示出来㊂因此该数字图像处理系统主要分为三大部分,分别为基于Z y n q7000的44M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S ys t e m s 2021年第7期w w w .m e s n e t .c o m .c nC a m e r a L i n k 图像输入与采集模块㊁C a m e r a L i n k 图像传输与存储模块㊁C a m e r a L i n k 图像显示㊂数字图像处理系统如图1所示㊂图1 数字图像处理系统图2 系统关键部分实现本系统接收帧频为50H z ㊁图像大小为1280ˑ960的C a m e r a L i n k 图像,针对数据量大㊁对实时性要求高的系统进行了设计与实现㊂2.1 C a m e r a L i n k 图像输入与采集模块C a m e r a L i n k 接口是由国家半导体试验室(N a t i o n a lI n s t r u m e n t s ,N I )于2000年推出的一种为解决视频数据输出和采集之间速度匹配问题的通信接口㊂它有三种传输模式:B a s e 模式㊁M e d i u m 模式和F u l l 模式㊂本系统只需使用一个C a m e r a L i n k 芯片,采用B a s e 模式㊂选用D S 90C R 286M T D C a m e r a L i n k 接口芯片,该芯片接收4对串行L V D S 差分数据信号和1对串行L V D S 差分时钟信号,输出28位数据信号和1位时钟信号,这28位数据包括24位图像数据和4位图像数据同步信号(L V A L ㊁F V A L 和D V A L ㊁S pa r e )㊂C a m e r a L i n k 图像采集就是根据C a m e r a L i n k 接口协议采集图像信息,图2为C a m e r a L i n k 图像输入的时序图㊂当检测到图像帧信号的下降沿(I m g _f v a l _n e g )或者接收完一幅图大小的b u r s t 长度的有效数据(b u r s t _d o w n )之后,开始设置D D R 的地址,并且将F I F O 中的数清除,紧接着根据L V A L ㊁F V A L 和D V A L 信号开始向F I F O 中写入数据(在此过程中加入行保护,确保每行写入固定的有效数据),当检测到图像帧信号的下降沿时,继续向F I F O 中写入16个填充数,写完后状态机重新回到I D L E 状态,等待接收下一幅图㊂在此过程中,第一幅图的接收用I m g _f v a l _n e g 信号触发,其余图用b u r s t _d o w n 信号触发,图3为图像接口时序的状态机图㊂图2 C a m e r a L i n k图像输入时序图图3 图像接口时序的状态机图2.2 C a m e r a L i n k 图像传输与存储模块Z y n q 7000芯片内部,P S 和P L 之间通过G P (通用接口)和H P (高性能接口)等多种A X I 接口进行实时数据交互㊂A X I 协议包含多种协议:A X I ㊁A X I _L i t e 和A X I 4_S t r e a m ㊂其中,A X I 4协议是基于b u r s t 的传输,适用于高性能㊁高带宽的系统设计㊂本系统分别使用了一个A X I _H P 端口和一个A X I _G P 端口完成C a m e r a L i n k 图像的传输㊂A X I _H P 端口通过一个互联矩阵A X I I n t e r c o n n e c t 0连接外设的主从设备,实现大数据量的传输,同时外设可通过A X I I n t e r -c o n n e c t 0访问A X I _H P 接口,进而访问D D R ;A X I _G P 端口通过一个互联矩阵A X I I n t e r c o n n e c t 1连接外设寄存器,传输数据量小的信息㊂图4为系统传输结构框图㊂接收图像时,P L 通过B a s e 模式访问D D R ,D D R 型号为M T 41K 256M 16R E 125,容量为1G B ,本系统使用2片16位D D R 3芯片构成32位的数据宽度㊂接收与采集模块将接收到的C a m e r a L i n k 图像数据写入到D D R 相应敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2021年第7期45图4系统传输结构框图地址中㊂D D R开辟2片地址用于链接数据的乒乓存储,当P S接收到P L中断时,表示一幅图已经接收完成,便在D D R给定的地址中提取图像数据进行分析㊂向D D R中写入图像数据流程图如图5所示㊂当检测到设置地址标志寄存器为 1 时(s e t_b a s e_a d d r==1 b1),开始设置基地址,b u r s t长度计数器清零;当F I F O中的数据大于254个时(f i f o_c o u n t>=9 d254),开始向D D R中写入数据(f i f o_o u t_e n<=1 b1);当写够一个b u r s t长度的数据时(m00_a x i_b r e a d y==1 b1),b u r s t长度计数器加1(b u r s t_c n t <=b u r s t_c n t+1 b1),若s e t_b a s e_a d d r==1 b0,继续判断(m00_a x i_b r e a d y==1 b1),若是则继续加1,若s e t_ b a s e_a d d r==1 b1,则返回继续设置新的基地址,将b u r s t 长度计数器清零㊂2.3C a m e r a L i n k图像显示为了进一步测试接收图像是否正确,本系统设计了C a m e r a L i n k图像显示功能,使得测试结果更加简明直观㊂当P S接收到C a m e r a L i n k图像接收中断信号时,根据约定地址从D D R中取出图像数据,对图像的连续性进行判断,判断图像是否丢帧,通过串口将判断结果发送给上位机㊂同时通过千兆以太网将C a m e r a L i n k图像数据发送给上位机,上位机从串口接收到图像大小参数,从而对图像进行显示㊂3系统测试针对本系统的功能与性能测试,专门设计了一套测试设备,该测试设备对应本系统的C a m e r a L i n k图像输入模块设计了C a m e r a L i n k图像发送模块㊂C a m e r a L i n k图像发送模块模拟C a m e r a L i n k图像源,生成大小为1280ˑ960的黑白渐变图像,每个时钟生成两个像素,每个像素为一个字节,并且用帧号替代最后一个像素,F P G A输出图5向D D R中写入图像数据流程图的图像数据和时钟信号通过线路驱动器D S90C R285M T D X将其转换成串行的L V D S信号输入到F P G A中,经过C a m e r a L i n k图像采集㊁传输与存储模块后,P S端将接收到的图像数据通过网口发送给上位机,上位机根据从串口收到的图像信息将图像显示出来㊂经过2小时的连续测试,C a m e r a L i n k图像发送模块以20m s的帧频持续发送图像,图像均未出现丢帧现象,误码率为0,可证明该系统功能正确㊁性能稳定㊂图6和图7分别为上位机测试界面和C a m e r a L i n k接收图像㊂图6上位机测试界面50M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S ys t e m s 2021年第7期w w w .m e s n e t .c o m .c n合柑橘的外观形状,采用圆形边界框代替传统矩形边界框,并以此改进了边框回归损失函数,不仅降低了运算量,还提升了柑橘检测精度㊂通过对比实验及嵌入树莓派的验证可知,S l i m Y O L O v 4算法具有内存开销小㊁检测精度高的特点,能够满足柑橘采摘的实际需要㊂未来,还将尝试加入更多的影响因素来完善此算法,并将其应用于柑橘采摘的机器人中㊂参考文献[1]卢军,桑农.变化光照下树上柑橘目标检测与遮挡轮廓恢复技术[J ].农业机械学报,2014,45(4):681,60.[2]岳有军,田博凯,王红君,等.基于改进M a s k R C N N 的复杂环境下苹果检测研究[J ].中国农机化学报,2019,40(10):128134.[3]H E K M ,G K I O X A R I G ,G I R S H I C K R ,e t a l .M a s k R C N N[C ]//P r o c e e d i n gs o f t h e 2017I E E E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n C o m p u t e r V i s i o n .P i s c a t a w a y:I E E E ,2017:29802988.[4]B o c h k o v s k i y A ,W a n g C Y ,L i a o H Y M.Y O L O v 4:o pt i m a l s p e e d a n d a c c u r a c y o f o b j e c t d e t e c t i o n [J ].C o m pu t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c o gn i t i o n ,2020,17(9):198215.[5]HA N K ,WA N G Y ,T I A N Q ,e t a l .G h o s t N e t :M o r e f e a t u r e sf r o m c h e a p o p e r a t i o n s [C ]//P r o c e e d i n gs o f t h e I E E E /C V F C o n f e r e n c e o n C o m p u t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c o g n i t i o n ,2020:15801589.[6]Z h e n g Z ,W a n g P ,L i u W ,e t a l .D i s t a n c e I o U L o s s :F a s t e r a n d B e t t e r L e a r n i n g f o r B o u n d i n g B o x R e gr e s s i o n [C ]//A A A I C o n f e r e n c e o n A r t i f i c i a l I n t e l l i ge n c e ,2020.[7]S h u L ,L u Q ,H a if a ng Q ,e t a l .P a th a g g r e ga t i o n n e t w o r k f o r i n s t a n c e s e g m e n t a t i o n [C ]//I E E E C o n f e r e n c e o n C o m pu t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c o g n i t i o n .S a l t L a k e C i t y:I E E E ,2018:87598768.[8]S a n d l e r M ,H o w a r d A ,Z h u M ,e t a l .M o b i l e n e t v 2:I n v e r t e dr e s i d u a l s a n d l i n e a r b o t t l e n e c k s [C ]//I E E E C o n f e r e n c e o nC o m p u t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c o g n i t i o n .S a l t L a k e C i t y:I E E E ,2018:45104520.[9]L i u G ,N o u a z e J C ,T o u k o P L ,e t a l .Y O L O T o m a t o :A R o -b u s t A l g o r i t h m f o r T o m a t o D e t e c t i o n b a s e d o n Y O L O v 3[J ].S e n s o r s ,2020,20(7).[10]R e d m o n J ,F a r h a d i A.Y O L O v 3:a n i n c r e m e n t a l i m pr o v e -m e n t [C ]//I E E E C o n f e r e n c e o n C o m pu t e r V i s i o n a n d P a t -t e r n R e c o gn i t i o n ,2018:8995.韩进(教授),主要研究方向为嵌入式计算机控制㊁计算机系统结构㊁电子电路;舒媛(硕士研究生),主要研究方向为嵌入式系统技术㊁物联网软件技术㊂通信作者:韩进,s h n k 123@163.c o m㊂(责任编辑:薛士然收稿日期:2021-02-22)图7 C a m e r a L i n k 接收图像4 结语本文面向实时高速数字图像的采集和处理,运用模块化设计思想,基于Z y n q 7000数字图像处理系统实现了数字图像高速输入与采集㊁存储与传输和显示功能,并且设计了简易的验证平台㊂经过验证,本系统实时性高㊁体积小㊁性能稳定,可以实现大数据量的图像采集与传输,目前已应用在实际的项目中㊂参考文献[1]刘宏,符意德.基于Z y n q 芯片的图像处理系统平台设计[J ].计算机与现代化,2015(8):4347.[2]王珂.基于Z Y N Q 的高速图像采集处理平台设计与验证[D ].济南:山东大学,2016.[3]黄志超.基于C a m e r a l i n k 标准的D S P +F P G A 数字图像处理系统设计[J ].科技与管理,2012(7):152153.[4]陈炎斌,金钢.基于C a m e r a _L i n k 标准的高速实时数字图像处理系统设计[J ].现代科学仪器,2010(6):6163.[5]刘应盼.基于Z Y N Q 的图像采集处理系统设计与实现[D ].西安:西安电子科技大学,2019.[6]焦再强.基于Z y n q 7000的嵌入式数字图像处理系统设计与实现[D ].太原:太原理工大学,2012.[7]高媛,商远波.一种基于C a m e r a L i n k 的数字图像处理系统[J ].制导与引信,2017(38):2932.[8]杨晓安,罗杰,苏豪,等.基于Z y n q 7000高速图像采集与实时处理系统[J ].电子科技,2014(7):151154.[9]郭钊.嵌入式图像并行处理系统的研究与应用[D ].兰州:兰州理工大学,2014.通信作者:王咏星,78233164@q q.c o m ㊂(责任编辑:薛士然收稿日期:2021-01-26)。

基于FPGA的视频图像处理系统

大连海事大学硕士学位论文基于FPGA的视频图像处理系统姓名:杨宁申请学位级别:硕士专业:电路与系统指导教师:董辉;白桂欣 20080301中文摘要摘要随着电子技术和计算机技术的飞速发展,视频图像处理技术近年来得到极大的重视和长足的发展,其应用范围主要包括数字广播、消费类电子、视频监控、医学成像及文档影像处理等领域。

当前视频图像处理主要问题是当处理的数据量很大时,处理速度慢,执行效率低。

而且视频算法的软件和硬件仿真和验证的灵活性低。

本论文首先根据视频信号的处理过程和典型视频图像处理系统的构成提出了基于FPGA的视频图像处理系统总体框图;其次选择视频转换芯片S丸钾113,完成视频图像采集模块的设计,主要分三步完成:1配置视频转换芯片的工作模式, 完成视频转化芯片SAA7113的初始化:2・通过分析输出数据流的格式标准,来识别奇偶场信号、场消隐信号和有效行数据的开始和结束信号三种控制信号,并根据控制信号,用Verilog.硬件描述语言编程实现图像数据的采集;3分析SRAM 的读写控制时序,采用两块SRAM完成图像数据的存储。

然后编写软件测试文件, 在ISE Simulator仿真环境进行程序测试与运行,并分析仿真结果,验证了数据采集和存储的正确性;最后,对常用视频图像算法的MATI.AB仿真,选择适当的算子,采用工具MATIJLB、System Generator for DSP和ISE,利用模块构建方式, 搭建视频算法平台,实现图像平滑滤波、锐化滤波算法,在Simulink中仿真并自动生成硬件描述语言和网表,对资源的消耗做简要分析。

本论文的创新点是采用新的开发环境System Generator for DSP实现视频图像算法。

这种开发视频图像算法的方式灵活性强、设计周期短、验证方便、是视频图像处理发展的必然趋势。

关键词:视频信号;视频采集;Ver i log;图像算法英文摘要Processing System of Video Image based on FPGAAbstractWith therapid development of electronics and computer technology,video image processing is increasingly being paid more attention and being used in a variety of fields,DMB(Digital Multimedia Broadcasting,consumer electronics,surveillance,medicinalimaging and documentimage processing and SO on.The main challenges for imageprocessing due to both the speed and the low-efficiency when the enormous amount of video data require per frame.The second challenge is dealing with simulation time and test environment.Simulink,they Can automaticallygenerated HDL filesand Netlist.And it can be used inthe ISE.The innovation point of the paper is to develop video image algorithm in System Generator for DSP,It’S the ideal platform and the trend of video image processing,for flexible and convenience.Key Words:Video SignaI:Video sampIe;Ver i Iog;Image aIgor ithm大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明:本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果, 撰写成硕士学位论文==基王壁鱼△的视麴图堡处理丕缠 :。

基于FPGA的视频图像处理技术

2015年暑期实践报告——基于FPGA的视频图像处理技术1 课题背景人类接收的信息中约有70%来自视觉，周围景物在人眼视网膜上的映射是人类最有效、最重要的信息交流方式。

视频具有确切、直观、具体生动、真实和高效的特点。

随着计算机软硬件技术和电子技术的飞速发展，视频图像技术也得到了迅速的发展。

视频图像在商业、工业、军用以及民用领域内得到了广泛的应用，例如，监控系统、电视会议、多媒体通信、数字娱乐、可视电话等。

在视频应用系统的各个环节中，如采集、传送、转换和显示等，不可避免的造成图像质量的下降。

例如，在摄影时由于外界环境的影响如光照过强或不足，将会使图像过亮或过暗；光学系统由于电子设备等各种原因产生的失真、大气的流动等将会使图像变得模糊；信道的传输以及系统的硬件将会引入不同种类的噪声等。

这些问题不仅影响我们的视觉效果，而且对后续的处理带来了麻烦，如视频图像的存储、传输、跟踪与识别等。

因此图像处理技术相应产生了，对图像进行相应的处理和加工来满足人们的视觉要求和后续的应用需求。

由于视频图像处理技术要求对图像进行实时的数据采集、压缩处理、可靠传输和显示，整个过程对实时性的要求提到了一个很高的水平。

再者，视频图像往往数据量很大，对其进行处理会占用很多系统资源，如果处理器处理能力差会对图像的实时性传输造成很大影响，并且也会影响图像的质量。

为此，整个系统对处理器运算能力和数据的实时性优先考虑。

当前，DSP(数字信号处理器)或者FPGA(现场可编程门阵列)常作为视频图像处理的核心处理单元。

但是由于DSP 本身的一些特性，使其不宜在此视频图像处理上得到广泛应用。

这包括DSP的指令执行采用速度相对较慢的串行通信形式，并且相对固定化的运算操作模块很难完全满足如此全面的需求。

因此在设计时选取了运行速度更快、设计更加灵活的FPGA控制芯片。

除此之外FPGA还具有开发周期相对较短，系统维护和扩展容易，对信号实时处理能力强，这些特征都可显著提高视频图像数据处理的速度，满足对系统实时性的要求。

基于FPGA的图像处理系统

图像处理不仅能够识别处理人类视觉，而且通过不同的采集系统，可以使人看到任意波长上测得的图像，比如红外、X 光、伽玛相机等等。这样，数字图像处理在实际中得到了广泛的应用，如遥感、通信、生物和医学、安全监控、视频多媒体甚至是公共安全、军事、航空航天领域，在日常生活、经济发展、国家安全各个方面起到越来越重要的作用。
通过该系统的设计表明，FPGA 芯片不仅可以起到胶合逻辑的功能，对外围模块进行控制和连接，而且可以取代 DSP(数字信号处理器)处理器完成图像处理算法的实现。采用 FPGA 实现图像处理是一种稳定、有效、经济的方案。
关键词：现场可编程门阵列，图像处理，I2C 总线，异步 FIFO，滤波器
I
基于 FPGA 的图像处理系统
II
中南民族大学硕士学位论文
The design shows that, FPGA chips can not only be used as glue logic functions, control and connect peripheral modules, but also can replace the DSP processor to achieve image processing algorithm. Use FPGA to implement image processing is a stable, effective and economical solution. Key Words: FPGA , Image processing ,I2C Bus, async FIFO,Filter
由于数字图像处理的应用范围越来越广，设计一种基于 FPGA 的高速图像处理系统是有意义的。
1.2 图像处理技术的发展
数字图像处理的发展主要体现在处理算法和实现算法的平台的发展上。目前，图像处理的算法种类繁多，主要有传统的图像处理技术、图像分析和理解的

基于FPGA和ARM的图像采集传输系统

ＡＭ便通过以太网芯片将数据发送给上位机。Ｒ
像传感器芯片、ＦＧＰＡ和ＤＰＳ，它们在实时性．灵
活性．可维护性方面各有优缺点。而在农业生产
厂
］回．
中，以基于ＣＤＣ摄像机、图像采集卡和计算机的系统居多。本文结合实际系统中的前端图像处理
收稿日期：０６０ — ８２０—９２
大帧速率在ＶＡ格式时为３ｓＧ０ｆ，在ＳＶＡ式ｏＸＧ格
时为１ｓ５ｏ。本系统采用ＶＡ式。ｌＧ格
２２ＦＧ．ＰＡ模块
ＦＧＰＡ主要用于图像传感器的控制、图像数据的缓存及外围芯片时序的产生。考虑到图像处
和图像数据传输需要，充分利用ＡＭ的灵活性和ＲＦＧＰＡ的并行性特点，设计了一种基于ＡＭ＋ＰＲＦ．
１ｌ厂．传图．器］．感像．Ｊ广Ｉ痼面
图１图像采集传输系统结构框图
ＧＡ的图像快速采集传输系统。所选的ＡＭｆｄＲＡ．ｖｎｅＩＣＭａｈｎｓａｃｄＲＳｃｉｅ）体系结构是３位嵌人式２
理算法的实现需要，本系统选用了Ｘｌｘ司的ｉｎ公ｉ
铆．ｄｃ２０．电子元器件主用５ｅｎ０７１ｃ０７
维普资讯
第９卷
第ｌ期０
电子元器件主用
ＥｌｃｒｎｃＣｏｏｅｔＤｅｉｅＡｐｌａｉｎｅｔｉｍｐｎｎ＆ｏｖｃｐｉｔｓｃｏ

基于ARM嵌入式图像处理系统的研究

数字信号处理课程小论文题目：基于ARM嵌入式图像处理系统的研究学生姓名：学号：院（系）：专业：入学时间：年月导师姓名：职称/学位：导师所在单位：完成时间：年月基于ARM嵌入式图像处理系统的研究摘要传统的基于PC 机的图像处理系统，体积庞大，不具有便携性，而限制了其在移动通信、便携设备等领域的应用。

开发低功耗、小型化、便携性的嵌入式图像处理系统具有现实的意义和广泛的应用前景。

本文对系统进行功能分析和总体设计，介绍了ARM 的嵌入式硬件平台的设计与实现，包括系统基本模块的硬件设计和开发过程，具体有电源电路和时钟电路、存储电路、USB摄像头接口电路和LCD 电路等，完成了Linux 操作系统内核的定制和交叉编译、BootLoader、驱动程序的开发，对图像进行灰度化和均衡化等预处理，得到比较清晰的图像。

最后总结了本课题研究所取得的成果及其不足之处,对研究进行了总结和展望。

关键词：图像处理；嵌入式平台；ARM；LinuxStudy on Image Processing System Based on ARM Embedded SystemAbstractTraditional image processing system based on PC is large and non-portable which restrict the application in the field such as mobile communications, portable devices and so on. Developing a low power, small size, portability of embedded image processing system has practical significance and wide range of application prospects. This article analysis the function and designs the system, it introduces the design and realization of hardware platform, including hardware design and development process. It has a power circuit and the clock circuit, the storage circuit, interface circuit of USB cameras and LCD circuits. It customized Linux kernel and completed the development of cross-compiler, BootLoader, and driver. It implied the image pretreatment such as gray and equalization and got a clearer picture. In the end, the paper summarized the results and the inadequacies of the subject and showed the prospects the research.Keywords: mage processing；embedded platform；ARM；Linux目录1 绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2本文研究目的 (1)2 系统设计原理 (1)2.1图像处理技术原理和成像原理 (1)2.2图像显示原理 (2)3 系统的软硬件平台 (2)3.1基础硬件平台 (2)3.2系统软件平台构建 (3)3.3LCD显示模块 (3)3.4USB摄像头模块 (3)4 图像的采集与处理 (6)4.1图像采集的实现 (6)4.1.1 打开设备： (7)4.1.2 读取设备信息 (7)4.1.3 进行视频采集 (8)4.1.4 图像的显示 (8)4.1.5 关闭视频设备。

基于FPGA和ARM的图像采集传输系统.

基于FPGA和ARM的图像采集传输系统0引言图像处理技术的快速发展，使得图像采集处理系统在提高农业生产自动化程度中的应用越来越广泛。

目前的图像采集系统有的基于CCD摄像机、图像采集卡和计算机，有的基于CCD摄像机、解码器、FPGA和DSP，而有的基于CMOS图像传感器芯片、FPGA和DSP，它们在实时性，灵活性，可维护性方面各有优缺点。

而在农业生产中，以基于CCD摄像机、图像采集卡和计算机的系统居多。

本文结合实际系统中的前端图像处理和图像数据传输需要．充分利用AR0 引言图像处理技术的快速发展，使得图像采集处理系统在提高农业生产自动化程度中的应用越来越广泛。

而在农业生产中，以基于CCD摄像机、图像采集卡和计算机的系统居多。

本文结合实际系统中的前端图像处理和图像数据传输需要．充分利用ARM的灵活性和FPGA的并行性特点，设计了一种基于ARM+FPGA的图像快速采集传输系统。

所选的ARM (Ad-vanced RISC Machines)体系结构是32位嵌入式RISC微处理器结构，该微处理器拥有丰富的指令集且编程灵活。

而FPGA(Field ProgrammableGate Array)则在速度和并行运算方面有很大优势，适合图像处理的实时性要求。

本文选用Intel公司的Xcale PXA255和Xilinx公司的Spartan-3XC3S1000来实现本系统的设计。

1 系统结构设计本系统的结构框图如图1所示。

图中，图像传感器模块负责图像采集，FPGA用来控制CMOS图像传感器芯片，ARM负责图像数据的交换、以太网芯片的控制及UDP／IP协议的实现，以太网模块主要实现以太网数据传输，SDRAM用于存储图像数据，FLASH为程序存储器。

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２系统设计
系统结构框图如图１所示。
图１图像采集传输系统框图
图像传感器模块负责图像采集，ＰＧＡ用来控制Ｆ
ＣＯ图感器芯片，ＲＭＳ像传ＡＭ负责图像数据换，太交以
收稿日２０一９２期：０６０一８
网芯片控制及ＵＰＩＤ／Ｐ协议的实现，以太网模块实现以
１引言
随着图像处理理论及技术的不断进步，图像处理系
本文选用Ｉｔｎｅｌ公司的ＸｌＰＡ５和Ｘｎ公司的ａｃｅＸ２ｌｉｘ
Ｓａａ一Ｘ３１０现统计。ｐｒｎ３ＣＳ０实系设ｔ０
统在提高农业生动化产自程度中应的用越来越广泛「。 ‘ ］
图３ＰＡ５与ＬＮ１ｌ３Ｘ２５Ａ９Ｃｌ接口示意图
４系统主要模块的工作原理及实现
４ＩＦＧ图．ＰＡ像采集的实现
图２Ｘ３１０与０９５接口示意图Ｃ５００Ｖ６０
Ｏ９５的数据输出格式是Ｂｙ原始数据输出Ｖ６０ａｅｒ格式，每个象素同时只输出一种颜色。奇数扫描行输出ＲＲ …，ＧＧ偶数扫描行输出ＧＧ二ＦＧＢＢ。ＰＡ负责图．像传感器数据的采集。系统上电首先对ＣＳ图像采集后，ＭＯ芯片进行初始化，以确定工作模式等。这些参数受Ｏ９５Ｖ６０内部相应寄存器值的控制。ＦＧＰＡ通过控制
元，口ＲＭ单元，Ｆ双ＡＩＦＯ单元。其中ＣＳＭＯ控制单元
包括帧同步模块，场同步模块，像素时钟模块等［。４］
Ｏ
，
〉
ｒ．Ｌ
、
ｒ
一
．
．
华
Ｏ
围芯片时序产生的功能。考虑到图像处理算法实现的
系统中，Ａ９Ｃｌ的串行ＥＰＯＬＮ１３ｌＥＲＭ接口与Ａ９ＣＴ４３６相连。ＰＡ５访问ＬＮ１ｌ采用异步静态存储器Ｘ２Ａ９Ｃｌ３方式，Ａ９Ｃｌ的地址使能信号ＡＮ与ＰＡ５ＬＮ１ｌ３ＥＸ２的５静态芯片片选四相连。Ｘ２５ＡｇＣｌ接口ＰＡ５与ＬＮｌｌ３如图３。
公司推出的快速以太网１／ＯＭｂ控制器。支持多种０ＯＰｌｓ
和ＳＣ接口具有自ＣＢ。动曝光控制，动增益控制，动自自
白平衡，自动带通滤波，自动黑级校准功能。最大帧速
嵌人式处理器主机接口。内部有ＳＢ的ＦＦＫＩＯ用于接收和发送数据的存储。ＬＮ１ｌ芯片集成了ＣＭＡＡ９Ｃｌ３Ｓ／ＣＤ协议的ＭＣ（Ａ媒体访问控制层）Ｈ（和ＰＹ物理层），
计算机应用
ＣｍＰｔｒＰｌａｉｓｏｕｅＡＰｉｔｎｃｏ
《自动化技术与应用》２０年第２卷第４期０７６
基于ＦＧｐＡ和ＡＭ的彩色图像处理系统Ｒ
吴作勇，韩新洁，孟宪尧
（大连海事大学自动化所辽宁大连１０６６）１２
摘要：本文设计了一种基于ＡＭ和ＦＧＲＰＡ的彩色图像处理系统，实现彩色图像数据的快速采集及传输。文章在介绍了系统的基
系统中。
关键词：ＭＯＣＳ图像传感器；ＰＡ；Ｒ以太网ＦＧＡＭ；
中图分类号：ｐ９．１Ｔ３１４文献标识码：Ａ文章编号：１０一７４２０）４０６一４０３２１（７０一０７００
ＡＣｌＩａｅｒｅｉＳｅａｅｏＡＭａｄＰＡ０ｒｇＰｃｓｎｙｍｂｓｄｎＲｎＦＧｏｍｏｇＳｔ
图４ＶＡ格式时序图Ｇ
系统配置完毕后，进行图像数据的采集。如图４和图５所示，ＳＮＶＹＣ是场同步信号。ＳＮＨＹＣ是水平同步信号。ＨＥＲＦ是水平参考信号。ＰＬＣＫ是象素数据输出同步信号。ＨＲＦ为高电平即可开始有效地数据采集，Ｅ而ＰＬＣＫ下降沿的到来则表明数据的产生，ＣＫ每出ＰＬ现一个下降沿，系统便传输一位数据。ＨＲＦ为高电平Ｅ
了的向翎ＪＡ份已匆山谁闭压钊映雌翔！７８
Hale Waihona Puke 《自动化技术与应用》０７２０年第２卷第４６期
计算机应用
ＣｍＰｔｒＰｌａｉｓｏｕＡＰｃｔｎｅｉｏ
太网数据传输，ＤＡＳＲＭ用于存储图像数据，ＬＳＦＡＨ作
ＰＡ５是Ｉｅ公司推出的基于第五代ＡＭＲＣ体Ｘ２５ｔｎｌＲＳＩ
ａｄｔｅｉｌｍｅｔｔｎｏｔｅｄｏｆｈａａｔ，ｓ尺ｉｎｔｒｕｈｅｈｍｅａｅｏｔｎｄｉｈｓｎｎｒＴｅｓｓｅｃｎｂｓｄｉｎｈｍｎｅｎａｉｔｒｎｍｉ，ｏｈｇｔｅｔｏｒｕｌｅｎｔｉａｅ‘ ｈｖｔｍａｅｕｅｎｉ
为程序存储器。系统工作流程为：ＰＡ将ｃｓＦＧＭＯ传感器采集的数据存储到片内的双口ＳＡＡＭ从ＦＧＲＭ，ＲＰＡ
的双口ＳＡＲＭ读取数据并存储到ＳＲＭ中，ＤＡ存满一帧
图像数据时，ＡＲＭ开始通过以太网芯片将数据发送给
上位机。
系结构ＡＭＶＴＲＳＥ的微处理器［Ｐ５！Ｕ运行频率最高。Ｃ４０ｚ有３Ｋ指令Ｃｃ，２Ｂ０ＭＨ，２Ｂａｈ３Ｋ数据ＣｃｅＺＢｅａｈ，微Ｋ数Ｃｈ，ｃａｅ带有丰富的串行外设接口，支持各种存储器芯片。本系统采用两片ＳＲＭ和两片ＦＡＨ存储器。ＤＡＬＳＳＲＡ做为图像数据暂存，ＤＭ选用ＳＡＭＳＮＧ公司的Ｕ
ＩＥ８２３８２３一０ＢＳ一Ｘ１Ｂｓ一ＥＥ０。／０．ｕ１ＯＡＥＴ／０ａｅＴ规范。本
率ＶＡ格式为３ｆｓＳＶＡ格式为１ｆｓＧ０，ＸＧｐ５。本系统）ｌ
采用ＶＡ格式。Ｇ
３ＺＦＧ单元．ＰＡ
ＦＧ（ｉｒｇａａｅＧｔｒ，ｄＰｏｒｍｂａｒｙ现场可编ＰＡＦｅｌｍｌｅＡａ程门阵列）用于图像传感器的控制，，图像数据缓存及外
Ｋ５６６２一Ｃ５容量为３Ｍ。ＦＡＨ用做程序存４５１３ＣＴ７，２ＬＳ
３系统硬件结构单元设计
３ＩＣＯ图像传感器单元．ＭＳ
采用Ｏ９Ｏ５作为本系统图像采集传感器。Ｏ９５Ｖ６Ｖ６０是ＯｎＶｉｎ公司的彩色ＣＳ图像传感器，ｍｉｉｓｏＭＯ支持
ＳＶＡ，ＧＱＧＱＶＡ，Ｉ，ＣＦＱＣＦＸＧＶＡ，ＶＡ，ＱＧＣＦＱＩ，ＱＩ模式
储器，ｎｌ选用Ｉｅ公司的Ｅ８１８３一５，ＯＦＡＨ，ｔ２Ｆ２ＪＡ１０ＮＲＬＳ容量为１Ｍ。６
３４以太网传输单元．
本系统以太网芯片选用ＬＮＣｌ。Ａｇｌ３它是ＳＳｌＭＣ
ＷＵＺｏｏｇＲＮＸｎｉ一ｅＭＥＧＸａ．ｏｕ一，Ａｉ，Ｎｉｙｎｎａ
归ａａＭａｔＵｖｉＡｔａｏＩｓｔ，ａ刃ｇａａｌ６２，ｈａｌｎｒｉｉｍｕｅｔｕｍｔｎｔｔＬｏｕＤｎｌ０６ｉ）ｅｌｒｙｓ，ｏｉｎｉｅｉｎｌＵＣｎＡｓａｔａｔａｅａｃｑｉｔｎｎｔｓｓｎｙｔａｏＡＭａｄＧｓｅｎｄｎｅａｅＴｅｓｕｔｅｂｔｃＡｆｉｇｄａａｕｉａｄａ而ｓｏｓｓｍｂｓｎＲｎＦＡｉＰｓｔｉｔＰｒｈｔｃｒ：ｓｍｔｓｏｉｒｎｉｅｄｅＰｒｅｅｈＰ．ｒｕｒｏｔｓｓｍｔｍｈｆｑｉｎｍｅａｂｕｉＦＧ，ｅａｆａｅｃａｇｂｔｅＰＡａＲｔｏａｕｉｉｇｄａｙｓｇＰＡｔｗｏｄａｘｈｎｅｅｅＦＧｎｄＡＭ，ｆｈｙｔ，ｅｅｅｈｅｏｃｒｇａｄｔｎｈｙｔｗｎ
需要，本系统采用了Ｘｉｘ公司的Ｘ３１０，ｌｉｎＣ５００它属于ＳＡＴＮ３ＰＲＡ一系列，０万门的容量，１０本系统中ＦＧＰＡ运行于ＳＭＨ。Ｘ３１０与Ｏ９５接口ＯｚＣＳ００Ｖ６０见图２。本设计ＦＧＰＡ内部结构包括ＣＳＭＯ控制单元，ＣＢ接口单ＳＣ
《自动化技术与应用》０７２０年第２６卷第４期
ＳＢ总线来完成参数的配置。本系统设置帧格式为ＣＣ
ＶＡ模式，Ｇ帧速率为ｓ，ｆ量化深度为１ｂ，ＭＯ传感ｓＰ０ｔＣＳｉ器与ＦＧＰＡ之间通信带宽约为１Ｍｂ。６Ｐｓ
读取ＳＡＲＭＺ中的图像数据，写人到ＳＲＡ中，ＤＭ此时图
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３３ＡＭ．Ｒ处理器单元
本系统的ＡＭＲ处理器选用ＰＡ５，Ｘ２５它在本系统中用于实现图像数据交换，以太网数据传输等功能。
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计算机应用
ＣｍＰｔｒＰｌａｉｓｏｕｅＡＰｉｔｎｃｏ
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像传感器的数据写人ＳＡ［］ＲＭＩ。本系统采用ＰＡ５３Ｘ２的存储器接口控制器，ＲＭ时序方式访问ＦＧ以ＳＡＰＡ，通信带宽可以达到８Ｍｂｓ完全满足数据传输的要求０ｐ，