基于FPGA的視頻圖像檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用

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1、東華大學(xué)碩士學(xué)位論文基于FPGA的視頻圖像檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用姓名：何江遠(yuǎn)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：唐明浩20070101基于FPGA的視頻圖像檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用摘要在圖像處理及檢測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)性要求往往影響著系統(tǒng)處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測(cè)技術(shù)及方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和圖像處理技術(shù)，以交通信息視頻檢測(cè)系統(tǒng)為研究背景，展開(kāi)了基于FPGA視頻圖像檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用，通過(guò)系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了基于FPGA架構(gòu)的圖像并行處理和檢測(cè)系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)處理能力，能夠準(zhǔn)確并穩(wěn)定地檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的信息。可見(jiàn)FPGA對(duì)提高視頻檢測(cè)及處理的實(shí)時(shí)性是一個(gè)

2、較好的選擇。本文主要研究的內(nèi)容有：1．分析研究了視頻圖像檢測(cè)技術(shù)，針對(duì)傳統(tǒng)基于PC構(gòu)架和DSP處理器的視頻檢測(cè)系統(tǒng)的弊端，并從可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和開(kāi)發(fā)成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。2．應(yīng)用模塊化的硬件設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了新一代嵌入式視頻檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。該系統(tǒng)由異步FIFO模塊、圖像空間轉(zhuǎn)換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預(yù)處理模塊和圖像檢測(cè)模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)膯?wèn)題，并為以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。3．在深入研究了線(xiàn)性與非線(xiàn)性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本

3、文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用VHDL硬件描述語(yǔ)言編程、實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統(tǒng)算法提高了50％，更有效地降低了系統(tǒng)資源占用率和提高了系統(tǒng)運(yùn)算速度，增強(qiáng)了檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。4．研究了基于視頻的交通車(chē)流量檢測(cè)算法，重點(diǎn)討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對(duì)圖像進(jìn)行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測(cè)精度。并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)處理技術(shù)，在FPGA系統(tǒng)上研究設(shè)計(jì)了這些算法的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，并對(duì)各個(gè)模塊及相應(yīng)算法做出了功能仿真和性能分析?；贔PGA的視頻圖像檢測(cè)

4、技術(shù)的研究與應(yīng)用5．系統(tǒng)仿真與驗(yàn)證是整個(gè)FPGA設(shè)計(jì)流程中最重要的步驟，針對(duì)現(xiàn)有仿真工具用手動(dòng)設(shè)置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測(cè)試基準(zhǔn)(TestBench)方法解決系統(tǒng)輸入源仿真問(wèn)題，用TEXTIO程序包設(shè)計(jì)了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測(cè)試中因測(cè)試向量龐大而難以手動(dòng)輸入的問(wèn)題。并將系統(tǒng)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)在MATLAB上還原為圖像，方便了系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果的分析與調(diào)試。系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)基本符合要求，可以排除行走路人等移動(dòng)物體(除車(chē)輛外)的噪聲干擾，有效地檢測(cè)出正確的目標(biāo)。本文主要研究了基于FPGA片上系統(tǒng)的圖像處理及檢測(cè)技術(shù)

5、，針對(duì)FPGA技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)某些算法提出了改進(jìn)，并在MATLAB、QuartuslI和ModelSim軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上仿真實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文的研究對(duì)智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)的車(chē)流量檢測(cè)做了有益探索，對(duì)其他場(chǎng)合的圖像高速處理及檢測(cè)也具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：FPGA，VHDL，測(cè)試基準(zhǔn)平臺(tái)，中值濾波，目標(biāo)檢測(cè)基于FPGA的視頻圖像檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用StudyandApplicationontheFPGAbasedVideoImageDetectingSystemABSTRACTThespeedofimageprocessingfrequentlytouchesthepr

6、ocessingperformanceinimag噸processinganddetectingsystem．Inthispaper,basedonvideodetectingmethodandembeddedsystemandimageprocessing，onthebackgroundofvideodetectionintrafficinformation,theFPGAbasedvideoimagedetectingsystemisstudied,ithashigherreal-timeprocessingcapabilitythroughemulation,andis

7、abletOprovidethemovingtarget’Sinformationsteadily．SoitisabetterchoiceforFPGAtOpromotereal-timeperformanceofvideoprocessing．Thispaperismainlyconsistofthefollowingparts：FirStly，thewholearchitectureofsystemisgivenbasedonembeddedparalleldataprocessingsystem．