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《基于fpga的高速圖像預(yù)處理的算法研究與實現(xiàn)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、碩士學(xué)位論文基于FPGA的高速圖像預(yù)處理的算法研究與實現(xiàn)RESEARCHANDREALIZATIONOFHIGHSPEEDIMAGEPREPROCESSINGALGORITHMSBASEDONFPGA周堯波2009年6月哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的商業(yè)衛(wèi)星IKONOS，星載數(shù)據(jù)處理速度為1265Mbit/s，信道傳輸速率為320Mbit/s；我國1999年發(fā)射的“資源一號”遙感衛(wèi)星的空間分辨率為19.5m，下傳數(shù)據(jù)速率為2×53Mbit/s；改進型“資源一號”的空間分辨率己達5m210Mbit/s[3~5]。，原始數(shù)據(jù)速率為在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在最近的20多年時間里，
2、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。X-CT、核共振成像、超聲成像、數(shù)字射線照相術(shù)、發(fā)射型計算機成像以及核素成像相繼出現(xiàn)。這些技術(shù)的形成和發(fā)展正是建立在特定的醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)上的。醫(yī)學(xué)圖像處理中包括了圖像分割、圖像配準與融合、偽彩色處理技術(shù)以及紋理分析等[6]。在工業(yè)領(lǐng)域，基于圖像處理技術(shù)的機器自動檢測技術(shù)最近十幾年也得到了迅速的發(fā)展。例如利用計算機視覺系統(tǒng)對現(xiàn)代化生產(chǎn)流水線進行動態(tài)監(jiān)視、自動檢測產(chǎn)品質(zhì)量。如天津紡織工學(xué)院用2048位線陣列CCD全固化攝像機計算機視覺系統(tǒng)對動態(tài)布面進行在線檢測，當布面上有一點庛點時裝置能夠在布邊上打印出供修布用的標志[7~9]。1.3數(shù)
3、字圖像處理的方案分析數(shù)字圖像處理一般是在通用計算機上利用軟件的方法實現(xiàn)的，利用軟件的方法進行數(shù)字圖像處理既簡便又方便用戶修改，因此應(yīng)用十分廣泛[10,11]。在一些實時性要求很高或者體積有限制的系統(tǒng)中，使用通用計算機的方法就不合適了，需要使用另外的一些方法。常見的處理方式有：專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。（1）專用集成電路專用集成電路是一種全定制的硬件芯片。專用集成電路具有高速度、低功耗、省面積等優(yōu)點，采用專用集成電路往往能獲得良好的性能。但是它的一些缺點制約了它的發(fā)展：其設(shè)計生產(chǎn)周期一般都比較長，而且它流片后就
4、不能再對其進行修改，因此專用集成電路大多被應(yīng)用在一些已經(jīng)研究成型并且需求量比較大的場合中。（2）數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理器是一種專用于實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法的芯片，它采用哈佛結(jié)構(gòu)和改進的哈佛結(jié)構(gòu)、流水線技術(shù)，采用硬件乘法器，具有低功耗、高速度、高集成度等優(yōu)點，在通信、語音處理、圖像處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。雖然DSP對一些固定算法如卷積、FFT等提供了硬件優(yōu)化，但由于其本-2-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文身的性能及程序指令順序執(zhí)行的限制，DSP難以對高速圖像數(shù)據(jù)進行大規(guī)模的實時處理[12~14]。（3）現(xiàn)場可編程門陣列FPGA具有一般的ASIC高集成度、高可
5、靠性的特點，而且相對于ASIC，F(xiàn)PGA還具有開發(fā)周期短、可重復(fù)配置、使用靈活的特點，隨著FPGA芯片的集成度的不斷提高以及價格的下降，F(xiàn)PGA得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在圖像處理方面，F(xiàn)PGA很適合進行數(shù)據(jù)量龐大且具有一定的并行性的算法，以提高處理的效率[15~18]。FPGA內(nèi)部含有大量邏輯單元，方便設(shè)計者快速實現(xiàn)一些算法比較簡單而數(shù)據(jù)量繁多的運算。FPGA在使用時可通過外加PROM保存相應(yīng)的程序。上電時，PROM中的數(shù)據(jù)讀入到FPGA的片內(nèi)RAM中，隨后FPGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA內(nèi)部的邏輯關(guān)系也隨之消失。當用戶要改變FPGA的部分功能時，只需對PR
6、OM重新下載編程數(shù)據(jù)即可。因此，由于FPGA的硬件功能完善而開發(fā)又非常靈活，非常方便用戶進行系統(tǒng)的開發(fā)和完善，特別適合產(chǎn)品的前期研究和開發(fā)工作。數(shù)字圖像處理的相關(guān)算法按照其處理的數(shù)據(jù)量以及算法的復(fù)雜程度大致可分為低級圖像處理、中級圖像處理、高級圖像處理三種不同的層次。其中，低級圖像處理一般是像素級的操作，通常面對的是大量的處理數(shù)據(jù)，但是其處理的算法比較簡單，具有一定的并行性，因此很適合FPGA來實現(xiàn)；而在圖像理解、圖像分析等高層次圖像處理中，其算法一般比較復(fù)雜，這時DSP比FPGA更能勝任[19~21]。因此，對高速圖像處理進行相應(yīng)的處理時，可以先用FPGA對圖像
7、做相應(yīng)的預(yù)處理，然后把預(yù)處理獲得的結(jié)果交給DSP做后續(xù)處理，這樣能夠發(fā)揮FPGA和DSP各自的優(yōu)勢，從而提高數(shù)字圖像處理系統(tǒng)整體的處理效率，并且這種設(shè)計體積小、結(jié)構(gòu)靈活，能夠滿足一些對體積要求嚴格的應(yīng)用場合的需要，并便于用戶根據(jù)需要對其進行相應(yīng)的維護和更新。19.5FPGA的發(fā)展與開發(fā)1.3FPGA的發(fā)展EDA技術(shù)是指以計算機硬件和系統(tǒng)軟件為基本工作平臺，繼承和借鑒前人在電路和系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)等眾多學(xué)科的科技成果而研制出商品化的-3-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文EDA通用支持軟件，以幫助電子設(shè)計工程師在計算機上完成電路的功能設(shè)計、邏輯設(shè)計、性能分析、時序測試
8、、PCB設(shè)
