FPGA实现图像处理:直方图均衡化算法验证
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更新于2024-08-10
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"基于FPGA的图像处理算法及压缩编码的研究与实现"
本文主要探讨了在FPGA(Field-Programmable Gate Array)平台上实现图像处理算法和JPEG压缩编码技术。作者针对“机车车辆轮对动态检测装置”的需求,设计了一个包含图像采集控制、图像处理和JPEG压缩编码的标准系统。在Altera公司的Cyclone FPGA芯片上,利用Verilog硬件描述语言,并借助RedLogic的RVDK开发板以及QUARTUS 26.0和MODEL SIM SE6.1B软件进行设计和仿真。
在图像采集部分,系统能够将模拟摄像机捕获的图像信号转换为数字形式,提取有效数据并裁剪,最后将奇偶场图像数据合并成帧存储。这一过程中,SAA7113芯片负责数字化和码流生成,而FPGA则负责初始化设置、控制SAA7113以及处理数字化后的数据。
在图像处理算法中,考虑到实时性和算法复杂度,文章选择了直方图均衡化、中值滤波和边缘检测三种算法进行实现。直方图均衡化主要用于校正CCD摄像机因环境光导致的曝光过度或曝光不足问题,通过调整图像的亮度分布,提高图像的可分辨层次。中值滤波可以有效去除图像噪声,保持边缘清晰;边缘检测则用于识别图像中的边界,帮助识别关键特征。
在JPEG压缩编码部分,遵循JPEG标准的顺序编码模式,FPGA实现了离散余弦变换(DCT)、量化、Zig-Zag扫描、差分脉冲编码调制(DPCM)编码直流系数、运行长度编码(RLC)编码交流系数以及霍夫曼编码等步骤。这些步骤共同作用,将图像数据高效压缩,减少存储空间需求。
该研究结合了FPGA的灵活性和图像处理的实时需求,成功构建了一个集成图像采集、处理和压缩的系统,对于机车车辆轮对动态检测装置的性能提升具有重要意义。关键词包括FPGA、图像处理、直方图均衡化、中值滤波、边缘检测、DCT变换和霍夫曼编码。
2013-06-16 上传
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2013-04-26 上传
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