FPGA实现的视频图像预处理系统:中值滤波与边缘检测
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更新于2024-07-09
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"基于FPGA的视频图像预处理系统的设计与实现"
本文主要探讨了如何利用FPGA(Field-Programmable Gate Array)技术设计并实现一个视频图像预处理系统,重点在于3x3中值滤波器和边缘检测算法的硬件实现。作者刘文英在天津师范大学攻读硕士期间,由导师武津城指导,研究了如何解决视频图像处理中的速度和效率问题。
在高分辨率视频发展背景下,数据处理量剧增,实时图像采集和处理变得至关重要。传统的软件处理方式在处理大量数据时速度慢、效率低,而FPGA的并行处理能力恰好可以满足这一需求,提供高性能、灵活性和低成本的解决方案。FPGA的可编程特性使其能够适应不断更新的算法,并在产量提高后实现低成本移植。
论文的硬件架构包括多个模块,如视频图像采集与转换模块、视频格式转换模块、图像存储模块、图像处理模块、D/A转换模块以及视频显示模块。其中,图像处理模块包含了滤波和边缘检测两个关键部分。
对于滤波,针对椒盐噪声的特点,作者提出了一种改进的中值滤波算法,仅对噪声点进行滤波,以提高处理效率。这种改进算法在FPGA上实现,利用其并行处理能力,减少了滤波时间。同时,还讨论了如何实现这种快速的中值滤波算法,这是论文的核心创新点。
在边缘检测方面,采用了LOG算子进行,LOG(Laplacian of Gaussian)算子是一种常用的边缘检测方法,能够有效识别图像的边缘特征。此外,论文还介绍了如何在FPGA上实现卷积操作,进一步强化了边缘检测功能。
为了提升处理速度,设计中采用了“乒乓操作”、“并行处理”和“流水线技术”。乒乓操作利用双缓冲来交替处理输入和输出,提高数据吞吐量;并行处理则利用FPGA的并行性,同时处理多个像素;流水线技术将处理过程划分为多个阶段,每个阶段独立工作,减少了等待时间。
在Xilinx的Virtex II Pro开发平台上,作者使用ISE 9.1进行逻辑电路设计,并在ModelSim中进行仿真验证。之后在EDK环境中构建了完整的视频图像预处理系统,设计并实现了自定义的图像处理IP核,成功地完成了系统的构建。
经过调试和验证,该设计的图像处理系统能有效地处理视频图像,对于FPGA在实时图像处理领域的应用,特别是在模式识别和监控系统等方面具有积极意义。关键词包括FPGA、视频图像处理、中值滤波以及流水线技术。
2021-07-13 上传
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2022-06-24 上传
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