基于FPGA的实时图像边缘检测器的设计
《基于FPGA的边缘检测系统设计》范文
《基于FPGA的边缘检测系统设计》篇一一、引言随着人工智能和计算机视觉技术的快速发展，边缘检测作为图像处理中的关键技术，被广泛应用于众多领域。
然而，传统的边缘检测方法通常需要大量的计算资源和时间，难以满足实时性和高效性的要求。
因此，基于FPGA（现场可编程门阵列）的边缘检测系统设计成为了研究的热点。
本文旨在探讨基于FPGA的边缘检测系统设计，以提高图像处理的效率和准确性。
二、系统设计概述本系统设计以FPGA为核心，通过硬件加速的方式实现边缘检测算法。
系统主要包括图像输入、预处理、边缘检测、后处理和图像输出等模块。
其中，预处理模块对输入图像进行去噪、平滑等处理，以提高边缘检测的准确性；边缘检测模块采用高效的边缘检测算法，如Sobel、Canny等；后处理模块对检测到的边缘进行平滑、连接等处理，以得到更完整的边缘信息。
三、FPGA硬件加速设计FPGA具有并行计算、高带宽和低功耗等优点，非常适合用于加速图像处理算法。
在边缘检测系统中，我们通过设计专门的硬件电路，将边缘检测算法映射到FPGA上，实现并行计算和高速数据处理。
具体而言，我们采用了流水线设计，将边缘检测算法分解为多个模块，每个模块负责一部分计算任务，并通过数据流水线的方式实现高速数据处理。
此外，我们还优化了算法的硬件实现方式，降低了功耗和硬件资源消耗。
四、边缘检测算法设计在边缘检测算法设计中，我们采用了Canny算法作为主要算法。
Canny算法具有高准确性和鲁棒性，能够有效地检测出图像中的边缘信息。
在FPGA上实现Canny算法时，我们采用了分级处理的思路，将算法分解为多个级联的模块，每个模块负责一部分计算任务。
通过优化算法的硬件实现方式，我们提高了系统的处理速度和准确性。
五、系统实现与测试我们采用Verilog HDL语言编写了FPGA的程序代码，并通过仿真和实际测试验证了系统的可行性和性能。
在测试中，我们使用了多种不同的图像数据，包括自然场景、人像等。
基于 FPGA 的实时边缘检测控制系统研究
基于 FPGA 的实时边缘检测控制系统研究
何铭森;洪晖
【期刊名称】《中国集成电路》
【年(卷),期】2024(33)4
【摘要】本文属于图像识别处理技术领域,提出一种基于FPGA的实时边缘检测控制系统。
本文通过FPGA对摄像头进行寄存器配置,采集并得到原始图像,对采集的图像进行数字图像灰度处理,均值滤波、sobel边缘检测计算、二值化处理后并转化为RGB等操作,提取出目标图像的图像边缘轨迹,把图像边缘数据缓存到DDR里面,通过对FPGA内部DDR读写控制模块的处理,把DDR内部图像数据转成RGB 格式,并通过HDMI显示器实时显示出目标图像边缘。
本文采用改进型的sobel边缘提取算法,能够在边缘提取过程中细化边缘宽度,去除伪边缘,同时滤除多余的图像噪声,使输出的边缘图像更加符合实际的边缘信息。
【总页数】5页(P21-25)
【作者】何铭森;洪晖
【作者单位】福州大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于FPGA的实时彩色图像边缘检测系统设计和实现分析
2.基于FPGA的实时彩色图像边缘检测
3.基于FPGA的深空图像实时边缘检测算法与实现
4.基于FPGA的实时视频边缘检测系统
5.基于FPGA和USB3.0的实时边缘检测系统
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基于FPGA的图像缩放及边缘检测的硬件设计
图 像 缩 放 通 常 通 过 插 值 完 成 ， 插 值 而 则通 过 曲线拟 合的 方 法 实现 。它 利 用 离散 的 采 样 点 建 立 一 个 连 续 函 数 ， 据 这 个 重 根 建 的连 续 函 数 求 出任 意 位 置的 函 数值 。 因 此 对 于 数 字 图像 而 言 ， 放 的 过 程 又 称 为 缩 图 像 的 重 采 样 。利 用 重 建 实 现 的 缩 放 算 法 ， 多都因为运算量少 ， 许 实现 简单 ， 得 都 到 了广 泛 的应 用 。 它们 基 本 上都 具 有快 速 生 成 图 像 、 视 觉 效果 良好 ， 方便 进 行 任意 倍数缩 放 ， 也就 是所 谓 的 “ 无级缩 放 的优 点 。怛 由于 在插 值过 程 中 没 有针 对 图 像的 边 缘 和 纹 理 特 征 进 行 特 殊 处理 ， 以 导 致 所 处理 后 的 图 像准 以 保持 物 体 边界 清晰 和 轮 廓 分 明 。 从 频域 角 度 看 ， 些 函数 表 现 为 一 ｛ 通 滤 波 器 ， 像 经 滤 波后 容 易发 生 高频 氐 图 分 量 损 失 ， 而 出 现边 缘 锯 齿现 象 及 高 频 因 细 节 模 糊 化 。 如 果 只 是 改 进 插 值 函 数 参 数 ， 其更 近 似 干理 想插 值 函数 ， 法 从根 使 无 本 上解 决 边缘 锯 齿 和细 节 模 糊的 问题 。 由 于这 些 传统 图像 插值 算 法 的 本 质是 对原 始 图 像建 立 连 续 数 学 模 型 ， 后 按 缩 放 要 求 然 进 行 重 采样 ， 到最 后 的缩 放 图像 ， 放过 得 缩 程 只使 用 了统 一 数 学 模 型 ， 有 考 虑边 缘 没 部 分的 高 频 信息 损 失 ， 成 图像 中物 体 边 造 界 层次 模 糊 。而 研 究 表 明 ， 眼 对 图像 的 人
基于FPGA的图像边缘检测
基于FPGA的图像边缘检测
基于FPGA的图像边缘检测
引言
图像边缘检测是图像处理的一项基本技术，在工业、医学、航天和军事等领域有着广泛的应用。
图像处理的速度一直是一个难题。
虽然DSP具备指令流水线特性和很高的处理速度，但其速度仍然很受限制，而利用高速可编程逻辑器件FPGA/CPLD来设计图像边缘检测器可以很好的克服这个问题，是一种全新的解决方案。
1 图像边缘检测算法
用于图像边缘检测的算法很多，诸如Rorberts算子、Sobel算子、Prewitt 算子、Laplaceian算子等，由于Sobel算法只涉及到加法操作，并且可以取得很好的效果，所以是最常用的边缘检测算法。
由于图像在边缘附近会出现灰度上的突变，所以，Sobel边缘检测方法以原始图像灰度为基础，并通过考察图像每个像素在某个领域内灰度的变化，然后利用边缘邻近的一阶导数最大值来检测边缘，再设置权重来检测水平、垂直、左对角、右对角等各个不同方向上密度幅度的不同来实现边沿检测。
图1所示是一个3×3像素的举例，其水平、垂直、左对角和右对角图像上密度幅度的变化可以表示为：
H=(Q0+Q3+Q3+Q6)-(Q2+Q5+Q5+Q8)。
基于FPGA的图像边缘检测系统设计
摘要：许多关于图像中比较重要的信息都在图像的边缘包含着，图像边缘检测作为图像处理的重要组成部分，在许多领域有着重要的应用。
图像边缘检测在很大程度上减少了数据的量，并且除去了一些并不是特别相关的信息，但是却保留了对于图像来说重要的结构属性，数据量大，重复度高是边缘检测算法最主要的特点。
由于FPGA的算法在硬件处理中速度快、而且可以用来直接编程、可重配置等各种特点,因此它在图像处理中占有很重要的位置，为此文章提出了运用FPGA实现边缘检测的方法,并且根据FPGA的特性,对Sobel算子进行了FPGA设计与实现以及仿真,并且对几种边缘检测算子进行了比较。
仿真中通过改变程序中的阈值可以得到不同的处理效果,这也是利用FPGA的优点,方便容易、速度也得到了提高,并且可编程、可重配置,使得FPGA在数字图像处理方面显得非常优越。
关键词：边缘检测；FPGA；图像处理；Sobel算子；Prewitt算子The design of image edge detection technology based on FPGAAbstract:Many important information about the image is contained at the edge of the image,Image edge detection is an important part of image processing,It is important in many fields .Image edge detection greatly reduces the amount of data,And removed some information that is not particularly relevant,But it preserves the structural attributes that are important to the image,Large amount of data,High repetition is the most important feature of edge detection algorithm.Because the FPGA algorithm is fast in hardware processing、And can be used for direct programming, reconfiguration and other characteristics,Therefore, it plays an important role in image processing,For this reason, a method of edge detection using FPGA is proposed,And according to the characteristics of FPGA,FPGA design, implementation and Simulation of Sobel operator are carried out,And several edge detection operators are compared.In simulation, different processing results can be obtained by changing the thresholds in the program,This is also the advantage of using FPGA, which is convenient, easy and fast,And programmable and reconfigurable, enabling FPGA to be very good in digital image processing.Key Words:Edge detection; FPGA;Image processing;Sobel operator;Prewitt operator引言在图像边缘检测系统的图像处理模块中，要处理的源图像往往存在着很多的问题，例如图像内容模糊不清，图像亮度层次不够明显，图像细节看不分明等[1]。
《基于FPGA的边缘检测系统设计》范文
《基于FPGA的边缘检测系统设计》篇一一、引言随着人工智能和计算机视觉技术的快速发展，边缘检测作为图像处理中的关键技术，其应用场景越来越广泛。
为了满足实时性和高效性的需求，基于FPGA（现场可编程门阵列）的边缘检测系统设计成为了一个重要的研究方向。
本文将详细介绍基于FPGA的边缘检测系统设计，包括系统架构、算法实现、硬件设计及优化等方面。
二、系统架构设计1. 整体架构基于FPGA的边缘检测系统主要由图像采集模块、预处理模块、边缘检测模块、后处理模块和输出模块组成。
其中，图像采集模块负责获取待处理的图像数据；预处理模块对图像进行去噪、灰度化等操作；边缘检测模块是系统的核心部分，负责实现边缘检测算法；后处理模块对检测结果进行优化处理；输出模块将处理后的图像数据输出。
2. 边缘检测模块设计边缘检测模块是整个系统的关键部分，其性能直接影响到系统的整体效果。
在FPGA上实现边缘检测算法，需要充分考虑算法的并行性和硬件资源的利用率。
常见的边缘检测算法包括Sobel算子、Canny算子等。
在FPGA上实现这些算法，可以通过查找表、流水线等方式提高运算速度。
此外，还可以采用硬件加速技术，如利用FPGA的并行计算能力，实现多级联的边缘检测操作。
三、算法实现1. 预处理算法预处理算法主要包括去噪和灰度化。
去噪可以采用高斯滤波、中值滤波等方法，以消除图像中的噪声；灰度化则是将彩色图像转换为灰度图像，以减少计算量。
这些算法在FPGA上的实现，需要考虑到硬件资源的限制和运算速度的要求。
2. 边缘检测算法边缘检测算法是本系统的核心部分，其性能直接影响到系统的整体效果。
在FPGA上实现边缘检测算法，需要充分考虑到算法的并行性和硬件资源的利用率。
例如，Sobel算子可以通过查找表的方式实现，提高运算速度；Canny算子则需要实现双阈值、非极大值抑制等操作，这些操作在FPGA上可以通过流水线的方式实现，以提高运算效率。
四、硬件设计及优化1. FPGA选型及资源分配在选择FPGA芯片时，需要根据系统的需求和预算进行综合考虑。
论文正文(基于FPGA的实时图像边缘检测的研究)
FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)、可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)等可编程器件的基础上进一步发展的产物[2]。由于拥有ASIC的稳定性、大容量、高集成度等优点，而且采用硬件描述语言所设计的电路可以直接综合成RTL级电路并对目标器件进行配置实现，极大的提高了硬件的设计效率。所以本课题将以此为研究和设计基础，以纯硬件方式实现实时图像处理过程[3]。
Theoretical analysis and the results show that the system architecture is very suitable for real-time image data processing, including read and write dual-portramapproachofping-pongoperation modeas well asthe multi-pipelineprocessorcan be a generalmethods of a follow-up real-time image processing system.
实时图像边缘检测的设计及FPGA实现
Ｅｄ ｅ Ｄｅｅ ｔ ｎ ｏ ａ・ ｍ ｅ Ｉ ａ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ＦＰ ｇ ｔｃｉ ｆＲｅ ｌ ｏ Ｔｉ ｍ ｇ ｓ ｄ ｏ ＧＡ
摘 要 传 统 Ｓｂ ｌ 法实现边缘检 测是基 于静态图像 ，而在 实时 图像 处理 中，边缘 检测存在 一定 的复杂度 和难 ｏｅ 算
度 ，文 中将 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ应 用于实时图像 边缘检 测 系统 ，从 而 实现动 态实时图像 的边缘检 测。通过 搭建 实验 平 台仿真验证表
明 ，检 测精度和数据 处理 的运 算效率均有所提 高。 关键词 Ｓｂｌ ｏ ｅ 算法 ；边缘检 测 ；实时图像 ；Ｆ Ｇ ＰＡ
＋１ Βιβλιοθήκη ＋１ ０ １ ＋２ ０ —２
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一
—
—
（） ： ａ 水平方向梯度， 检测垂直边缘 （ ） ： ｂ 垂直方向梯度 ， 检测水平边缘
１ Ｓ ｂＩ ｏ ｅ 边缘检测基本原 理
Ｓｂｌ ｏｅ算子是 图像边缘检测算法 中的常用算法 ， 其
收 稿 日期 ：２ １ —６ １ ０ １０ —６
ａ 叶技２１ 第 ４ 第２ ０ 年 ２ １期 １ 卷
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ｃ． Ｔ ｃ ． Ｄｅ ． ５．２ １ ｌ ｃｒ ｎｃ Ｓ ｉ ＆ ｅ ｈ ／ ｅ １ ０ Ｉ
实 时 图像 边 缘 检 测 的 设计 及 Ｆ Ｇ Ａ实现 Ｐ
刘 紫燕
（ 贵州大学 计算 机科 学与信息学院 ，贵州 贵 阳 ５０２ ） ５０５
像灰度级突变 、 纹理结构突变和彩色变化等。图像 的 边缘信息包含了大部分 的图像特征信息， 对图像分析
基于FPGA实时边缘检测系统设计
关键词
Ｆ Ｐ Ｇ Ａ；实 时 ；边 缘检 测
中图分类号 ：Ｇ ６ ４ ４科 学研 究工作 文献标识码 ：Ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ，ｅ ｄ ｇ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｓ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ Ｆ Ｐ ＧＡ— ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ
摘要 在 图像 处理 中 ，边缘检 测是 比较 基本且 重要 图像处 理算法 。本文进 行 了基 于
Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的 实 时 图像 算 法 分析 及 方 案 设 计 ； 系统 设 计 采 用ｑ ｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ １ ］ 、Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｉ ｍ 、Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 联合开 发，可对Ｈ Ｄ Ｌ 语 言设 计的图像 算法进行 同步设计 与效果仿真 ，即时察看 图像 处 理 结 果 ，高 效直 观 的进 行 图像 算 法 工程 设 计 。
ｃ ａ ｎ ｂｅ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｒ ｅ ｌ— ａ ｔ ｉ ｍｅ ｌ ｏ ｏ ｋ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ， ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｕ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ
基于FPGA_的实时边缘检测系统设计
本文使用 Verilog HDL 语言对各模块进行代码编写，在 Vivado19.2 软件下进行编译综合，将生成的比特流下载到 FPGA 开发板上，试验结果如图 3 所示。在给定的试验中， 图 3（a）代表原始图像，图 3（b）代表阈值为 64 的边缘 检测图像，图 3（c）代表阈值为 128 的边缘检测图像，图 3（d）代表阈值为 192 的边缘检测图像。当阈值增加时，被 判断为边缘的像素点数目减少，边缘线条会变细，同时有 些本来是边缘的线条会被判断为非边缘像素点。因为边缘 检测算法是基于像素值的变化来判断边缘，所以较低的阈 值会使更多的像素点被判定为边缘。随着阈值增加，只有 那些像素值变化明显的区域才能被判断为边缘，这就导致
能。系统架构框图如图 2 所示。其中，系统的核心部分是基 于 FPGA 的硬件编程。在系统架构中，摄像头配置模块通过 SCCB 总线与摄像头的寄存器进行通信和配置，以保证摄像头
偏导数的常用计算方式是使用一些空域模板来计算梯 处于设定的工作模式，摄像头采集的数据经 DDR3 缓存后进
度分量 [5]。在一般情况下，奇数的模板更多，因为奇数模板 行边缘检测，最后在 HDMI 显示屏上显示。本研究引入了锁
（5）
Y 77 R 150 G 29 B !! 8
®°Cb 43 R 85G 128 B 32768 !! 8
° ¯
Cr
128 R 107 G 21 B !! 8
（6）
转换好的 YUV444 数据进入边缘检测模块，在该模块内 部设置 1 个 3×3 的矩阵，数据按照流水线的方式依次存入矩 阵中，根据公式（4）、公式（5）同时计算水平和竖直 2 个方 向上的偏导数和，并在下一个时钟计算和的平方，得到结果 后使用 cordic IP 核计算开方，得到梯度长度 M（x，y）。将 梯度长度与设定阈值进行比较，如果大于阈值，那么该像素 点为边缘 ；反之，该像素点不是边缘。为了保持信号同步， 还需要统计在非并行计算的过程中消耗了的时钟周期数，并 对行场同步信号延迟对应数目的时钟周期，以保证给出的边 缘判定信号判定的是当前像素点。
基于FPGA的实时图像边沿检测系统的实现
响 。系 统 采 用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ＋ Ｓ Ｄ Ｒ ＡＭ 实 现 了 实 时 图 像 的 边 沿 检 测 。 硬件 采 用流 水线 与并行 处理 的方 式 ， 提 高 了 图 像 处 理 的 速
率； 算 法 实 现 结 合 了硬 件 语 言 编 程 与 Ｉ Ｐ核 模 块 ， 减 小 了开发 周期 ， 增 强 了 系统 的 灵 活性 。 实验 结 果 显 示 ， 该 系统 能 够 有 效 地 实现 实 时 图 像 的 边 沿 检 测 ， 且检 测效 果较 好 ， 能够 满足后 续 图像 处理 的需求 。
Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｙ ｒ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｎ ｏ ａ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的实时图像边沿检测系统 的实现
温 杰， 李锦 明
（ 中北 大 学 电 子测 试 国家 重 点 实验 室 仪 器科 学与 动 态 测试 教 育 部 重 点 实验 室 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
摘
要 ：边 缘 检 测 是 图 像 现 对 于 进 行 更 高层 次 的 图像 识 别 和 理 解 等 有 着 重 大 的 影
ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ．Ｔ ｈｅ ａ ｌｇ ｏ ｉ ｒ ｔ ｈ ｍ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ｒｄ ａ ｗａ ｒ ｅ ｌ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｒａ ｇ ｍｍｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｉ Ｐ ｃ ｏ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ，ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｅ ｘ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｅｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｌ－ ａ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｅ ｄ ｇ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ，ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ－ ｕ ｐ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ．
基于FPGA的图像边缘检测系统的设计
摘要：在Altera公司的Stratix EP1S10器件中设计了以Prewitt图像边缘检测为基础的图像处理和显示系统，包括二维滤波器模块、图像VGA显示控制器、ROM存储器、FIFO缓冲器及相应的读写控制器。
整个系统集成在一个芯片上，实验证明此设计方法工作效率高，处理速度快，性能稳定，可移植性好。
关键词：FPGA Prewitt算子VGA QuartusII在嵌入式图形系统处理领域，图像的边缘图作为图像的一种基本特征，经常被应用到较高层次的特征描述。
如图像识别、图像分割、图像增强以及图像压缩等图像处理和分析的技术中，从而可以对图像作进一步的分析和理解[1]。
但是图像处理的速度问题一直是很难突破的设计瓶颈。
一般情况下,控制领域及数据处理领域几乎是单片机和数字信号处理器的天下,但是在数据处理量大、实时性要求更为苛刻的场合,传统的MCU无法适应。
而DSP虽然具备指令流水线和很高的处理速度,但是由于其本质仍然是依靠串行执行指令来完成相应的图像处理算法,所以其处理速度依然很受限制。
因而基于速度、系统集成和产品升级等角度考虑，采用现代电子设计的最新EDA技术，使用高速可编程逻辑器件CPLD/FPGA自行开发有关处理芯片成了一种全新的解决方案[2]。
利用EDA技术自顶向下的思想设计SoC(片上系统)电路，能在一块FPGA芯片中完成图像存储器、时钟管理、图像处理模块、VGA显示控制器以及地址发生器等多个电路模块。
使用Altera公司的Stratix EP1S10 FPGA芯片和Matlab软件、QuartusII软件等完成电路设计。
其电路结构如图1所示。
其中，ROM模块用来存储图像，地址发生器将ROM中的数据传递给边缘检测处理模块，FIFO为处理后数据的缓冲存储模块，VGA控制器用来产生外部VGA显示器的控制时序及输出图像信号。
1 边缘检测模块的设计1.1 Prewitt边缘检测算法[3]图像边缘具有方向和幅度两个特性，通常沿边缘走向像素的灰度变化平缓，垂直于边缘走向的像素灰度变换剧烈。
《基于FPGA的边缘检测系统设计》
《基于FPGA的边缘检测系统设计》篇一一、引言随着科技的不断进步，边缘检测在图像处理中起着越来越重要的作用。
其目的是突出图像中的对象边缘，增强图像特征信息。
FPGA（Field Programmable Gate Array）作为一种可编程的硬件设备，具有高速度、低功耗和灵活性的特点，使其成为实现边缘检测的理想选择。
本文将详细介绍基于FPGA的边缘检测系统设计，以期在保持系统稳定性的同时提高性能和灵活性。
二、边缘检测系统的总体设计基于FPGA的边缘检测系统设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计主要涉及FPGA的选择与配置、电路板的设计等；软件设计则包括算法设计、FPGA编程等。
（一）硬件设计在硬件设计阶段，首先要根据需求选择合适的FPGA芯片。
考虑边缘检测系统的性能需求、功耗、成本等因素，选择合适的FPGA芯片进行设计。
同时，需要设计相应的电路板，包括电源电路、时钟电路、数据传输接口等，以保证系统的稳定性和可靠性。
（二）软件设计在软件设计阶段，首先要对边缘检测算法进行优化，使其能够适应FPGA的并行处理能力。
常用的边缘检测算法包括Sobel算法、Canny算法等。
根据算法特点，将算法进行优化，以便在FPGA上实现高效的处理。
然后，使用硬件描述语言（如VHDL 或Verilog）对优化后的算法进行编程，实现边缘检测系统的软件设计。
三、边缘检测算法的优化与实现（一）算法优化针对FPGA的并行处理能力，对边缘检测算法进行优化。
首先，将算法中的并行部分进行划分，使其能够在FPGA上并行处理。
其次，对算法中的数据进行流水线处理，以提高数据的处理速度。
最后，对算法进行仿真验证，确保其能够在FPGA上正确运行。
（二）算法实现使用硬件描述语言对优化后的边缘检测算法进行编程。
在编程过程中，需要充分考虑FPGA的资源利用率和功耗等因素，合理分配硬件资源。
同时，需要对编程过程中的错误进行调试和修正，确保系统的稳定性和可靠性。
基于FPGA的图像边缘检测算法设计
河南科技Journal of Henan Science and Technology总562期第4期2015年4月Vol.562，No.4Apr ，2015收稿日期：2015-4-2作者简介：王静（1980-），女，本科，实验师，研究方向：计算机应用。
摘要：通过研究Sobel 原理和算法，在FPGA 内部用流水线的方式来实现数据的具体提取、计算和存储，最终实现了对任意Bmp 格式图像的边缘检测图像的计算和提取，并显示出来，证实Sobel 算法有比较好的边缘检测效果，而且采用流水线的技术，可以有效提高数据计算的效率，实现了一个时钟周期就输出一个像素图像的导数值。
关键词：图像边缘检测；Sobel 算子中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1003-5168（2015）04-0028-2Image Edge Detection Algorithm Design based on FPGAWang Jing(Department of Electronic &Information Engineering Ankang University ，Ankang Shanxi 725000)Abstract：Through the study of the principle and algorithm of Sobel ，by the way of production lines ，in the internal FPGA achieve specific extraction ，computing and storage of data ，and ultimately achieve image edge detection calcu ⁃lation and extraction of the arbitrary BMP format images ，and display it ，confirm that Sobel algorithm has good edgedetection effect ，and the use of production lines technology ，can effectively improve the data calculation efficiency ，achieve a clock cycle on the output of an image pixel value.Keywords：image edge detection ；Sobel operator在数字图像处理以及对物体的识别、计算机视觉、生物医学、人工智能、遥感、气象预测学等诸多领域中，图像的特征提取有着很重要的作用。
《基于FPGA的边缘检测系统设计》范文
《基于FPGA的边缘检测系统设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，边缘检测技术作为图像处理的重要组成部分，广泛应用于机器视觉、无人驾驶、安全监控等领域。
传统的边缘检测系统通常基于通用处理器（CPU）或数字信号处理器（DSP），但这些系统在处理大量数据时面临性能瓶颈。
因此，本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的边缘检测系统设计方法，旨在提高系统性能并优化数据处理速度。
二、FPGA技术概述FPGA是一种可编程逻辑器件，具有并行计算、可定制和高速数据处理等优点。
与通用处理器相比，FPGA更适合处理图像数据，能够以更高的速度和更低的功耗实现复杂的图像处理算法。
此外，FPGA的并行计算能力可以有效地加速图像处理的各个阶段，从而提高整体性能。
三、边缘检测系统设计3.1 系统架构设计基于FPGA的边缘检测系统主要由图像输入模块、预处理模块、边缘检测模块、后处理模块和图像输出模块组成。
其中，图像输入模块负责接收原始图像数据；预处理模块对原始图像进行去噪、平滑等处理；边缘检测模块是系统的核心部分，负责实现边缘检测算法；后处理模块对检测到的边缘进行连接、平滑等处理；图像输出模块将处理后的图像数据输出。
3.2 边缘检测算法实现本文采用Canny边缘检测算法作为系统的核心算法。
Canny 算法具有低错误率、高定位精度和单一边缘响应等特点，能够有效地检测图像中的边缘信息。
在FPGA上实现Canny算法时，需要将其分解为多个并行处理的子任务，以提高处理速度。
具体实现过程中，可以采用流水线设计方法，将算法的各个阶段划分为不同的模块，并在FPGA上实现硬件加速。
3.3 硬件加速设计为了进一步提高系统的性能，本文采用硬件加速设计方法。
具体而言，通过对Canny算法的各个阶段进行优化和并行化处理，实现硬件加速。
例如，可以采用查找表、流水线设计、并行计算等技术手段，提高每个模块的处理速度和吞吐量。
此外，还可以通过优化FPGA的配置和布局，减少系统功耗和延迟。
《基于FPGA的边缘检测系统设计》范文
《基于FPGA的边缘检测系统设计》篇一一、引言随着计算机视觉技术的飞速发展，边缘检测已成为图像处理领域中一个重要的研究方向。
边缘检测是图像处理的基本任务之一，能够有效地提取图像中的轮廓和特征信息。
传统的边缘检测算法在计算上往往存在耗时、复杂度高的问题，而基于FPGA （现场可编程门阵列）的边缘检测系统设计，能够显著提高算法的运算速度和效率。
本文将介绍一种基于FPGA的边缘检测系统设计，以实现高效、快速的边缘检测。
二、系统设计概述本系统设计以FPGA为核心，通过硬件加速的方式实现边缘检测算法。
系统主要包括图像输入模块、预处理模块、边缘检测模块、后处理模块以及图像输出模块。
各模块之间通过FPGA内部的逻辑控制单元进行协调工作，实现图像的实时处理和输出。
三、模块设计1. 图像输入模块：负责接收原始图像数据，并将其传输至预处理模块。
该模块可采用高速图像传输接口，如PCIe或HDMI 等，以保证图像数据的实时传输。
2. 预处理模块：对输入的原始图像进行预处理，包括去噪、灰度化等操作，以提高边缘检测的准确性和效率。
预处理模块可采用FPGA内部的硬件加速器进行加速处理。
3. 边缘检测模块：本系统的核心模块，负责实现边缘检测算法。
该模块采用硬件加速的方式，通过FPGA内部的逻辑控制单元和专用硬件加速器实现边缘检测算法的快速运算。
常见的边缘检测算法包括Sobel算子、Canny算子等，可根据实际需求选择合适的算法。
4. 后处理模块：对边缘检测结果进行后处理，包括阈值处理、形态学处理等，以进一步提高边缘检测的准确性和效果。
后处理模块同样可采用FPGA内部的硬件加速器进行加速处理。
5. 图像输出模块：将处理后的图像数据输出至显示设备或存储设备。
该模块可采用高速图像传输接口，如HDMI、DVI或USB等，以满足不同场景下的需求。
四、硬件平台设计本系统设计的硬件平台主要包括FPGA芯片、内存模块、电源模块等。
其中，FPGA芯片是系统的核心，负责实现边缘检测算法的硬件加速。
基于FPGA的实时边缘检测系统设计甄选.
基于FPGA的实时边缘检测系统设计（优.选)
哈尔滨理工大学
大学生创新创业训练计划项目
申请书
项目名称基于FPGA的实时边缘检测系统设计
学生所在单位自动化学院
申报单位自动化学院
项目负责人张延聪
起止年限2012 年5 月至2013 年12 月
教务处
二〇一二年制
填表说明
一、本表请如实填写，表达明确严谨。
所需签字之处，由相应人员亲笔签名。
如有弄虚作假现象，一经核实，将按照撤项处理。
二、所列各项内容不能简单标注“见附件”，否则视为不合格；创业实践项目必须有校外导师，需填写校外导师相关信息并由校外导师在相应栏目签字。
三、电子版填表字体用小四号宋体，1.5倍行距，申请书报送一式3份。
要求统一用A4纸双面印制、装订，所附材料用小四号宋体打印，附于申请书后。
四、各学院要统一组织申报，对申报的项目集中进行初评，确定最终申报名单，并以学院为单位上报到教务处，相关学院相关负责人均需在申请表上签字。
感谢您使用本店文档您的满意是我们永恒的追求！（本句可删）
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基于 ＦＰ ＧＡ 的 实 时 图像 边 缘检 测 器 的设 计
富爽 。 许 杰 ，邵一 峰 ， 杜 红
（ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｂ ａ ｙ ｉ Ａ ｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｄ ａ ｑ ｉ ｎ ｇ １ ６ ３ ３ １ ９ ；
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（ １ ． 黑龙江八一农垦大学信息技术学 院 ， 大庆 １ ６ ３ ３ １ ９ ； ２ ． 中国刑事警察学院 ）
摘 要： 利用 Ｑ ｕ ａ ￣ ｕ ｓ Ｉ Ｉ 软件 和 Ｖ ＨＤ Ｌ语言实现了基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ器件的实时图像边缘检测器 的设计 。 设计的图像边缘检测器利用
Ｓ ｏ ｂ 。 ｌ 算子 ， 通过基于乒乓操作 的 Ｓ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ 图像 存储 模式 以及全硬件 实现 ， 有 效的提高 了边缘检测 的速度 ， 实现了实时 图像边 缘检测的功能。 实验结果表 明所设计 的实 时图像边缘检测器能够快 速准确 的检测 图像边缘信息 ， 达到时处理 的要求 ， 可以应用
期 第２ ６卷 第 ４ ２０１ ４钲 ８月
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｂ ａ ｙ ｉ Ａ ｇ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
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于实时 图像边缘检测以及其他实时 图像处理的前端设计 。 关键词 ： 数字图像 处理 ； 边缘检测 ； Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 乒乓操作 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ９ １ １ ． ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２ － ２ ０ ９ ０ （ ： ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ０ ０ ７ ６ － ０ ４
２ ． Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ ｏ ｌ ｉ ｃ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ 。 ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ ｒ ｅ ａ ｌ － ｔ ｉ ｍ ｅ ｉ ｍ ａ ｇ ｅ ｅ ｄ ｇ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｗ ａ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｑ ｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ Ｉ Ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ