基于FPGA的图像边缘检测算法的研究

作     者：和文杰 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任获荣

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：蚁群算法 图像边缘检测 FPGA 鲁棒性 

摘      要：随着人工智能技术、AR、VR的快速发展,越发显示出数字图像处理对于当今时代的重要推动作用。图像边缘检测是数字图像处理技术中最基础也是最重要的部分之一。虽然图像边缘检测已经发展了很长时间,但是,依然没有普遍适用的算法能够对待处理图像进行精确的边缘检测。蚁群图像边缘检测算法作为一种新兴的图像边缘检测算法,具有正反馈性、可并行分布式处理、易于与其他算法结合及强鲁棒性等特点。在图像边缘检测领域取得了良好的效果。基于FPGA设计的电子系统具有功耗低,可靠性高,开发周期短,成本较低等特点,使得FPGA在电子行业得到了广泛的应用。而FPGA并行结构的特点应用于图像边缘检测领域,能够大大缩短图像边缘检测算法的运行时间。本文在研究了传统蚁群图像边缘检测算法的基础上,针对传统算法运行效率的不足,本文用邻域像素梯度差、随机函数及邻域样本方差综合确定初始蚂蚁的数量及位置,由图像像素总数、蚂蚁数量及蚂蚁的分布情况计算得到蚂蚁移动步数;针对传统算法易陷入局部最优解的不足,本文将传统算法中的转移函数累加得到的阶梯函数与0之间随机值进行比较确定蚂蚁移动的方向,提高了系统的多样性,减少了算法陷入局部最优解的可能性;针对传统算法对弱边缘检测能力的不足,本文启发引导矩阵由邻域样本方差计算得到,将图像分成若干块,分别取阈值确定边缘。经过仿真得出,改进的算法能够很好的检测出边缘,并且具有更强的鲁棒性。本文设计了基于FPGA的图像采集与处理系统。图像可以由SD卡或者摄像头输入,经过图像预处理及蚁群图像边缘检测算法处理,通过SDRAM缓存,结果用显示器显示。显示结果表明,硬件实现的蚁群图像边缘检测算法能够检测到更细的边缘。