FPGA实现图像处理：直方图均衡化算法验证

"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。