基于FPGA的視頻圖像檢測技術(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的視頻圖像檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用姓名：何江遠(yuǎn)申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：唐明浩20070101基于FPGA的視頻圖像檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用摘要在圖像處理及檢測系統(tǒng)中，實(shí)時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技術(shù)及方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和圖像處理技術(shù)，以交通信息視頻檢測系統(tǒng)為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用，通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了基于FPGA架構(gòu)的圖像并行處理和檢測系統(tǒng)具有較高的實(shí)時處理能力，能夠準(zhǔn)確并穩(wěn)定地檢測出運(yùn)動目標(biāo)的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實(shí)時性是一個

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技術(shù)，針對傳統(tǒng)基于PC構(gòu)架和DSP處理器的視頻檢測系統(tǒng)的弊端，并從可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時性和開發(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)計方案。2．應(yīng)用模塊化的硬件設(shè)計方法，構(gòu)建了新一代嵌入式視頻檢測系統(tǒng)的硬件平臺。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模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸?shù)膯栴}，并為以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展奠定了良好的基礎(chǔ)。3．在深入研究了線性與非線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)了檢測系統(tǒng)的實(shí)時性能。4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，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，并對圖像進(jìn)行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。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)計了這些算法的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，用VHDL語言實(shí)現(xiàn)，并對各個模塊及相應(yīng)算法做出了功能仿真和性能分析?；贔PGA的視頻圖像檢測

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

5、，針對FPGA技術(shù)的特點(diǎn)對某些算法提出了改進(jìn)，并在MATLAB、QuartuslI和ModelSim軟件開發(fā)平臺上仿真實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文的研究對智能化交通監(jiān)控系統(tǒng)的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：FPGA，VHDL，測試基準(zhǔn)平臺，中值濾波，目標(biāo)檢測基于FPGA的視頻圖像檢測技術(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．