基于FPGA的数字图像处理的基本算法研究与实现

3.1 数字图像处理的基本算法简介....................................................... 4 3.2 方形窗 .............................................................................................. 4 3.3 直方图均衡化.................................................................................. 4 3.4 滤波 .................................................................................................. 6 3.5 卷积 .................................................................................................. 6 3.6 边缘检测.......................................................................................... 7 4. 预期达到的目标...................................................................................... 9 5. 研究过程中可能遇到的问题以及解决的措施...................................... 9 6. 研究方案及进度安排，预期达到的目的.............................................. 9 7. 为完成课题已具备和所需的条件和经费............................................ 10 8. 参考文献 ................................................................................................ 10
目录 1. 项目研究目的和意义.............................................................................. 2 2. 国内外在该项目上的研究现状及分析.................................................. 2 3. 本文主要研究内容.................................................................................. 4
FPGA 激活了数字电视。在数字电视的信号处理中，FPGA 已经越来越广泛地 被运用。在图像显示、图像压缩、图像格式转化、色彩空间转化、I/O 接口中都使 用 FPGA 器件进行处理。FPGA 可应用于数字电视机内的许多部分，作为标准芯片 组间的“联结逻辑”是 FPGA 的强项，许多图像处理任务（如色彩空间变换）以 及网络接口（如 IEEE1394）现在也可用低成本可编程逻辑器件实现。
2. 国内外在该项目上的研究现状及分析
目前，许多实时图像和视频处理功能均适合于 FPGA 来实现，包括：图像旋 转、图像缩放、色彩校正和色度校正、阴影增强、边缘检测、直方图功能、锐化、 中值滤波器和斑点分析等。各种适用于 FPGA 的图像处理算法也在不断地出现和 完善。如用于去除图像噪声的中值滤波法，用于图像增强的直方图均衡法，用于 图像压缩的小波变换法等。
3.1 数字图像处理的基本算法简介
下面将简要介绍一些适于硬件实现的常用算法，在此之前，先给出图像处理 的简单介绍。
一幅黑白图像可以用二维函数 f (x, y) 表示，其中 x ， y 是平面的二维坐标， f (x, y) 的值表示点 (x, y)的亮度值（灰度值）。对模拟图像来说， f (x, y) 显然是连
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ＸＸＸＸＸ大学本科生毕业设计开题报告
1. 项目研究目的和意义
图像是人类最重要的信息载体，科学研究和统计表明，人类从外界获得的信 息约有 75%是从图像中获得的[11]，因此图像是人类获取信息的主要途径。随着多 媒体技术的发展，图像采集技术的应用逐渐普及，人类获得图像的途径也越来越 多，例如显微镜、CCD、摄像机等设备。这些设备的使用极大地拓宽了人类的视 野，使人类能够观测到远距离或者肉眼无法识别的物体，如宇宙空间和生物细胞 等。然而，由于噪声、光照等外界环境或设备本身的原因，往往导致采集系统获 得的图像质量变差。因此，为了抑制噪声，改善图像质量，必须对图像进行滤波、 平滑等处理。另外，有时为了得到特殊的图像效果，以满足人们不同的需求，就 需要对图像进行增强、分割等处理。这些都是数字图像处理研究的基本内容。
二、对开题报告的要求 1．开题报告的字数应在 3000 字以上； 2．阅读的主要参考文献应在 10 篇以上，其中外文资料应不少于三分之一。本学科的基础 和专业课教材一般不应列为参考资料。 3．参考文献按在开题报告中出现的次序列出； 4．参考文献书写顺序：序号 作者.文章名.学术刊物名.年，卷（期）：引用起止页。
随着FPGA技术的日异月新和芯片制造工艺的不断发展，使用FPGA技术处理 图像信息将成为图像处理领域中的一个发展趋势，特别是在对图像处理速度要求 很高的实时图像处理中，FPGA将发挥巨大的作用[3]。
然而，目前利用FPGA进行图像处理主要是直接在FPGA上利用硬件描述语言 或EDA软件进行设计，这种设计方法的最大优点就是速度快，可以用流水线实现， 具有一定的灵活性，但是对于规模比较大且外设比较复杂的图像处理系统，比如 便携式视频系统或监控系统，需要存储、显示等功能，这就需要多任务的操作， 必然会引进处理器和操作系统，因此SOPC应运而生。毫无疑问，SOPC在数字图 像处理领域中将大有用武之地。国内外很多机构都在此方向进行了深入的研究， 并实现了一系列基于SOPC的视频图像处理系统，为后继的研究奠定了基础。SOPC 技术刚刚起步，它的灵活性，高速度和强大的仿真功能必将使其应用前景越来越 广阔[4][5]。
XXXXXX 大 学
毕业设计（论文）开题报告
题 目：基于 FPGA 的数字图像处理 题目类型：工程实际 是否真题：是
院 （系） 专业 学生 学号 班号 指导教师 开题报告日期
XXXXXX 大学教务处制
20XX 年 X 月
说
明
一、开题报告应包括下列主要内容： 1．课题来源及研究的目的和意义； 2．国内外在该方向的研究现状及分析； 3．主要研究内容； 4．研究方案及进度安排，预期达到的目标； 5．为完成课题已具备和所需的条件和经费； 6．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 7．主要参考文献。
技术要求与主要内容： 本设计是在FPGA上实现图像滤波、图像增强、图像分割等数字图像处理的
基本算法。该设计分为硬件逻辑设计模块和软件仿真模块两大部分。在硬件逻 辑设计模块部分实现图像的滤波、图像的增强、图像的分割等基本算法的时序 逻辑设计；在软件仿真模块中实现相应算法的软件仿真。
进度安排：
（1）2011 年 3 月 1 日—2011 年 3 月 31 日：查阅资料、学习和研究相关资料， 熟悉软件仿真平台；
院 （系）： 班 号：
毕业设计（论文）题目：
基于FPGA的数字图像处理
立题的目的和意义：
图像的采集往往由于噪声、光照等外界环境或设备本身的原因，导致采集 系统获得的图像质量变差。因此，为了抑制噪声，改善图像质量，必须对图像 进行滤波、平滑等处理。另外，有时为了得到特殊的图像效果，以满足人们不 同的需求，就需要对图像进行增强、分割等处理。本课题就是基于FPGA的特点 对图像预处理的算法进行优化和实现。
2005 年 6 月，富士通研究所与富士通前沿科技公司共同推出了用于办公室与 商务设施等用途的服务机器人“富士通服务机器人”，可以胜任引导、搬运、巡视、 提供信息等事务，该项目使用 FPGA 开发图像处理的 LSI（Large Scale Integration， 大规模集成电路）。在负责视觉识别的 DSP 管理下运行的是新开发的三维图像处理 LSI，使用美国赛灵思约有 500 万个门阵列的 FPGA 开发而成，该 FPGA 的工作频 率为 90MHz。由于开发了图像处理 LSI 提高了处理速度，因此可以在行走进程中 进行视觉识别。
（2）2011 年 4 月 1 日—2011 年 4 月 30 日：完成系统逻辑设计，编写软件代码， 实验验证；
（3）2011 年 5 月 1 日—2011 年 5 月 31 日：完成对图像的综合处理，撰写论文 （4）2011年6月1日—2011年6月30日：完善论文，准备答辩；
ＸＸＸＸ大学本科生毕业设计开题报告
中国铁道部基础设施检测中心在轨检车轨距轨向检测系统中设计了以 FPGA 为核心的高速图像处理卡，用于实时采集、处理 8 个通道的钢轨断面图像信号， 并根据钢轨断面轮廓图像求出轨距的特征点，分别计算两个特征点相对于惯性空 间基准的位移及两点间的距离，实现在动态条件下的轨距轨向测量。
Chan等人使用FPGA和DSP协同工作组成了一个实时图像处理的系统[2]。该系 统中，DSP负责所有的高级算术操作，FPGA则主要负责位数较低的运算和字节级 运算。
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ＸＸＸＸＸ大学本科生毕业设计开题报告
3. 本文主要研究内容
本设计是在 FPGA 上实现图像滤波、图像增强、图像分割等数字图像处理的 基本算法。该设计分为硬件逻辑设计模块和软件仿真模块两大部分。在硬件逻辑 设计模块部分实现图像的滤波、图像的增强、图像的分割等基本算法的时序逻辑 设计；在软件仿真模块中实现相应算法的软件仿真。
随着集成电子技术的不断成熟，国内外以 FPGA 为基础设计的数字图像处理 系统也层出不穷。基于 FPGA 的数字图像处理系统在汽车电子产品中被广泛使用， 例如车载会议电视、车载可视电话、车载机器视觉等。由于 FPGA 技术的大量采