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基于FPGA实时图像边缘检测系统的设计与实现

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基于FPGA实时图像边缘检测系统的设计与实现

作者：靳波中北大学

学位级别：硕士

随着科技水平的不断发展,数字信息喷井式的增长,传统数字图像处理系统很难处理庞大且复杂的图像数据,数字图像信息科学与其他数字信息科学相互渗透并为其他学科所利用。由于现代图像及视频的处理算法越来越复杂、实时性要求越来越高,传... 详细信息

随着科技水平的不断发展,数字信息喷井式的增长,传统数字图像处理系统很难处理庞大且复杂的图像数据,数字图像信息科学与其他数字信息科学相互渗透并为其他学科所利用。由于现代图像及视频的处理算法越来越复杂、实时性要求越来越高,传统基于软件平台进行图像处理的系统已经很难满足实时性的要求。而FPGA用来做图像处理最重要的一点优势就是在于能够进行实时流水线运算,处理速度快,已达到最高的实时性。图像处理技术一直是当今社会研究的重点领域,边缘检测技术作为图像处理过程中的重要组成部分,其算法本身已广泛使用在医疗图像、机器视觉、工业检测等领域,同时边缘检测的实际效果也会影响到特征提取、目标识别及目标分割等后处理算法的应用。相对于传统滤波方法及边缘检测算子的系统实现,本文提出基于FPGA的数字图像处理系统,结合快速中值滤波以及改进后的Sobel边缘检测算子,对视频图像进行快速采集和实时图像预处理。本文整体介绍了以FPGA为核心的主控芯片的数字图像处理系统的硬件平台以及图像边缘检测算法的实现。分析实时图像预处理系统的研究背景与意义,通过Matlab仿真软件对当前经典主流的边缘检测算子进行比较,对比筛选出适合本系统的边缘检测算子。利用Altera公司的飓风四代C8级FPGA芯片控制器对500万高清摄像头ov5640、SDRAM存储芯片以及FTF800显示器进行控制,通过Quartus II开发软件设计图像采集、存储、显示及其图像处理模块,利用Modelsim仿真软件验证其逻辑时序的正确性。最后通过实验表明,基于FPGA的边缘检测处理平台能够在较短的时间内快速处理图像信息,同时改进后Sobel检测算法相对于传统算法能够提取出更多的边缘信息。

关键词： FPGA 边缘检测 ov5640 SDRAM 实时图像处理系统

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基于STM32芯片便携式尿液分析仪的设计

基于STM32芯片便携式尿液分析仪的设计

作者：郑焱雄南华大学

学位级别：硕士

尿液分析是目前医院和私人单位检测人们泌尿系统重要工具,也是泌尿系统病理进行确诊、观查以及后期复查首选手段。由于人体产生的尿液中各个成分含量的变化可以通过检测工具测量来反映人体健康状况,而尿液分析仪的到来为人体尿液成分检... 详细信息

尿液分析是目前医院和私人单位检测人们泌尿系统重要工具,也是泌尿系统病理进行确诊、观查以及后期复查首选手段。由于人体产生的尿液中各个成分含量的变化可以通过检测工具测量来反映人体健康状况,而尿液分析仪的到来为人体尿液成分检测提供便捷之路,能快速定量地测出病人尿样中的酮体、红细胞、葡萄糖、比重、潜血、PH值、胆红素、蛋白质、尿胆原、亚硝酸盐、白细胞、抗坏血酸、维生素C的成分值,且该仪器具有:低功耗、低价格、智能化、快速化、微型化、易于测量等优点,本文主要研究内容如下:本论文的主控制选用的是STM32F407芯片,该芯片具有主频高,能快速处理图像数据,且该芯片增设多种外设接口使得电路的复杂度降低的特点。该设计选用ov5640摄像头可以直接获取试纸条上所有试剂块的像素值,并且通过步进电机进行传动采集,使运行的效率得到提升。在照明光源的选择上,本设计选用的是LED光源,实现了光源的稳定照射同时降低了光源对测试结果的影响。在结果显示的模块选择方面,使用了触摸式液晶屏,既可以实现触摸按键功能,又可以进行结果显示,省去了上位机的操作界面,实现了一体化的功能。在图像处理方面,通过顶点法实现了试纸条边框检测,通过中值滤波法实现了图像的滤波去噪,完成了测试项试剂块位置检测,通过对图像R,G,B值进行数据补偿减少了信息的缺失,并通过HSI算法中测量值与标准值的相对频度值对图像数据进行处理等。最后对整机调试进行可能出现的假阳性和假阴性结果在程序上做了校正。详细说明了系统的调试方法和如何对仪器进行标定。系统的标定主要将整个频率带进行分割,使对应的梯度和浓度准确地与频率范围相吻合,最后在得到实验数据后,对系统可能存在的误差进行了分析,使得该仪器能够达到相应要求,测试结果准确,运行稳定。本文采用嵌入式芯片驱动摄像头进行图像采集的方法,缩短了测试时间,降低了电路复杂度,使得整个系统的运行速率及性能均有所提升,同时保证了运行的稳定性及测试准确性,整体性能更加完善。

关键词：尿液分析仪 STM32407 ov5640 图像采集图片处理

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基于嵌入式的视频实时去雾、压缩与传输系统

基于嵌入式的视频实时去雾、压缩与传输系统

作者：宋艺敏湖南大学

学位级别：硕士

针对夜间有雾天气,场景中的大气光照强度比较微弱且含有人工光源,此时主光源为人工光源,有雾图像的大气光值不再为一个固定值,而是由人工光源位置不同而发生改变的大气光函数,为此本论文基于高斯滤波和信息损耗理论约束提出改进的夜间... 详细信息

针对夜间有雾天气,场景中的大气光照强度比较微弱且含有人工光源,此时主光源为人工光源,有雾图像的大气光值不再为一个固定值,而是由人工光源位置不同而发生改变的大气光函数,为此本论文基于高斯滤波和信息损耗理论约束提出改进的夜间实时去雾算法,该算法处理后图像信息质量显著提高,有效提升图像的清晰度和对比度,并在此基础上优化算法达到快速去雾效果,具有高实时性。同时针对高清摄像头在有雾场景中拍摄视频所得到的图像画面质量降低、图像数据量较大,并且需要实时去雾处理与网络传输的问题,本论文以优化本文所提出的夜间视频图像实时去雾算法为核心,使用H.264标准对视频数据进行压缩编码,通过UDP组播协议网络传输,采用多任务绑定多核处理器的并行处理算法,建立一种夜间视频实时采集、去雾、压缩以及网络传输系统。该系统性能较为优越,兼备高质量和高稳定的特点。本论文主要研究工作的具体情况如下:1、本文通过学习夜间有雾场景中雾成像特性,研究和分析多种经典图像去雾算法的去雾原理和实验效果,建立适用于夜间含人工光源场景的大气传输模型,基于高斯滤波函数估计随光源位置变化而改变的大气光函数,根据信息损耗理论调整有雾图像中大气传输透射率,并采用快速中值滤波细化大气传输透射率,提出改进的夜间实时去雾算法,实现快速高效地对夜间有雾图像进行去雾处理。2、本文采用Cortex-A9架构的i.MX6Quad四核处理器芯片,在以Linux内核为操作系统搭建的软件开发平台中,通过驱动和使用ov5640高清图像传感器设备,采集视频图像数据,优化基于高斯滤波和信息损耗理论的去雾算法,使用硬件编解码单元对视频数据进行H.264格式的压缩编码操作,并通过UDP组播协议将压缩后的视频数据进行网络传输,最后在上位机端完成实时显示。3、本文嵌入式系统中采用多核处理器并行算法,将系统中的视频数据采集、快速图像去雾、VPU视频压缩编码以及UDP网络传输等多项任务绑定到处理器的不同核心上,充分利用系统资源,提高嵌入式系统的总体性能。在本文提出的去雾算法和嵌入式系统基础之上进行仿真实验,与各种经典和改进后的去雾算法实验结果相比,本文算法对有雾图像恢复程度较高,处理后图像色彩自然,去雾效果较好,能够高效和实时地应用在嵌入式系统中。

关键词：实时去雾 H.264标准多核处理器 i.MX6Quad ov5640 嵌入式系统

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基于FPGA的电子消旋系统的设计

基于FPGA的电子消旋系统的设计

作者：李阳南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着汽车性能的升级,对车载成像设备的稳定跟踪性能要求也不断提高,车载稳像技术不断提升。针对一些仅具有水平和俯仰稳像功能,尚不能消除由车辆左右晃动引起的视频画面旋转的车载稳像系统,本文提出了一种基于FPGA的实时图像电子消旋系... 详细信息

随着汽车性能的升级,对车载成像设备的稳定跟踪性能要求也不断提高,车载稳像技术不断提升。针对一些仅具有水平和俯仰稳像功能,尚不能消除由车辆左右晃动引起的视频画面旋转的车载稳像系统,本文提出了一种基于FPGA的实时图像电子消旋系统。本系统构建了以EP4CE15F23C8 FPGA芯片为核心处理器的图像消旋系统。以ov5640 CMOS摄像头为源头采集图像,FPGA通过串口采集固定在摄像头上的WT61C陀螺仪数据,通过查找表的方式得到旋转角度的三角函数值交由内部消旋模块处理。DDR2 SDRAM对采集到的图像进行存储及读写操作,最后通过VGA接口将消旋后的图像实时显示。采用Verilog硬件描述语言实现整个消旋算法和各个模块的代码设计。通过反向映射法将图像反向旋转相应的角度,先计算消旋后第一个像素点的坐标,再利用优化后的算法累加得到其他像素点的坐标,最后通过最近邻域插值法对图像进行插值,从而得到消旋后的图像。本文主要内容如下:(1)根据系统任务和指标,实现整个消旋系统的硬件平台的搭建。(2)对传统的图像旋转算法进行优化,并进行仿真实验,提出了一种能够在FPGA中实现的快速消旋算法。(3)完成各个模块的逻辑设计,从而实现整个系统的设计。并对消旋效果进行分析。实验结果表明,该系统能够对640×480的图像进行采集和实时消旋处理,消旋之后的图像清晰稳定,满足系统的参数要求及实时性要求。

关键词：电子消旋最近邻域插值法 ov5640 DDR2SDRAM WT61C

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基于FPGA的实时图像预处理系统研究

基于FPGA的实时图像预处理系统研究

作者：陈剑锋福州大学

学位级别：硕士

随着电子技术的不断发展,其应用范围日益扩大,相关的技术要求也越来越高,特别是在数据处理速度、实时性这两个方面。作为电子技术的一个重要应用,图像处理是一项数据量非常庞大的工作,在复杂的图像处理前先进行图像的预处理是非常必要的... 详细信息

随着电子技术的不断发展,其应用范围日益扩大,相关的技术要求也越来越高,特别是在数据处理速度、实时性这两个方面。作为电子技术的一个重要应用,图像处理是一项数据量非常庞大的工作,在复杂的图像处理前先进行图像的预处理是非常必要的,设计合理的预处理不但能减少图像数据量,同时也能保证后续图像处理的质量。本文针对图像数据量大、噪点多、边缘轮廓模糊等关键技术问题,设计了一套完整的基于FPGA的实时图像预处理系统,主要工作内容如下:（1）通过对FPGA芯片内部结构的分析,基于其并行处理数据的能力和流水线的设计方式,确定了以FPGA作为控制核心的系统硬件平台,实现图像的实时采集、存储、算法处理、显示。（2）完成了系统的硬件搭建,包括ov5640摄像头、SDRAM控制器、VGA显示控制三大部分。设置摄像头工作模式,通过IIC协议完成摄像头配置,图像实时传输到FPGA中;优化SDRAM控制器的结构,采用乒乓读写操作,通过两个FIFO实现图像数据的无缝隙缓存,提高了存储器的存储性能;完成了FPGA与GM7123模块之间的接口设计,实现FPGA与VGA显示器的数据传输。（3）针对传统软件在图像预处理上的不足,结合系统对实时性的要求,在FPGA上实现了图像预处理的综合算法。采集到的图像经过灰度转换算法,降低了数据量;边缘提取前加入中值滤波算法,去除了噪点;边缘提取后,为了使边缘的连贯性和轮廓加强,加入了形态学滤波算法,保证后续图像处理的质量。（4）将各个算法模块整合到系统中去实现,完成一个完整的图像预处理系统。在Modelsim软件平台上,对系统的各个算法模块和硬件设备模块进行仿真验证,分析RTL视图和时序波形图。深入研究系统各部分的时序,主要是IIC时序、SDRAM时序和VGA时序的设计,保证设计的严谨性。根据系统资源消耗情况和图片处理效果,对系统做出合理的评价。本文设计的图像预处理系统已经在实际环境下进行了测试。输出显示的效果满足预期的设计要求,不仅满足实时性和处理速度的要求,而且实现了图像去噪、数据量小、边缘细节完整的图像预处理功能。

关键词： FPGA 图像预处理实时性 ov5640 边缘检测

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基于ZYNQ的摄像头采集系统设计与实现

电子设计工程 2020年第8期28卷 108-113页

作者：李启慧武汉邮电科学研究院湖北武汉430074

本设计在Xilinx公司推出的ZYNQ系列嵌入式处理平台上,研究ARM+FPGA异构架构通过软硬件协同设计如何完成摄像头的视频图像采集。本系统由FPGA采集帧率为15FPS的ov5640摄像头视频数据,经过系统IP核转换为AXI VDMA支持的接口类型,通过AXI4... 详细信息

本设计在Xilinx公司推出的ZYNQ系列嵌入式处理平台上,研究ARM+FPGA异构架构通过软硬件协同设计如何完成摄像头的视频图像采集。本系统由FPGA采集帧率为15FPS的ov5640摄像头视频数据,经过系统IP核转换为AXI VDMA支持的接口类型,通过AXI4总线将数据传输到PS部分的DDR3中进行缓存,最后通过VDMA从内存读出,经过HDMI显示到显示器。实验结果表明,在HDMI显示器上实现了刷新率为80FPS的显示,保证低功耗的同时也完成了高性能运行处理。

关键词： ZYNQ 片上系统 ov5640 硬件平台

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基于FPGA的以太网双目图像采集系统设计

长春理工大学学报（自然科学版） 2021年第4期44卷 50-56页

作者：张谷祥王晓曼赵海丽杨威长春理工大学电子信息工程学院长春130022

针对双目视觉的位姿测量系统中两摄像头采集图像数据不同步和不能并行运算的问题,设计了基于FPGA的单个以太网口的双目图像采集系统。系统采用两片数字图像传感器ov5640完成对前端图像数据的采集,以FPGA芯片作为控制核心,把采集的两个... 详细信息

针对双目视觉的位姿测量系统中两摄像头采集图像数据不同步和不能并行运算的问题,设计了基于FPGA的单个以太网口的双目图像采集系统。系统采用两片数字图像传感器ov5640完成对前端图像数据的采集,以FPGA芯片作为控制核心,把采集的两个摄像头图像数据通过两个写FIFO交替存储在SDRAM存储器,再通过计数器的计数值交替变换两个读FIFO的读请求继而交替读出存储在SDRAM存储器的图像数据,最终数据以UDP协议通过MII接口发送给PHY芯片再以网线发送至上位机,上位机根据辅助信息即可实现两个摄像头的实时显示。实验结果表明:实现了两摄像头同步工作、并行运算,并且系统具有结构简单、体积小、成本低、传输稳定等优点,可满足双目视觉的位姿测量系统中对图像采集的要求。

关键词：图像采集图像显示 ov5640 UDP SDRAM

基于FPGA与Sobel算法的实时图像处理

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电脑与电信 2020年第5期 24-28页

作者：王强冀苗苗刘立培骆滔乔可山西师范大学物理与信息工程学院山西临汾041004

如今,图像处理算法的复杂度越来越高,图像处理的数据量越来越大,图像处理的实时性显得十分重要。为了解决图像预处理、视频流数据实时性存在的问题,给出了一种基于FPGA和ov5640以Sobel算子进行边缘检测的图像采集与处理系统设计方法,FPG... 详细信息

如今,图像处理算法的复杂度越来越高,图像处理的数据量越来越大,图像处理的实时性显得十分重要。为了解决图像预处理、视频流数据实时性存在的问题,给出了一种基于FPGA和ov5640以Sobel算子进行边缘检测的图像采集与处理系统设计方法,FPGA将ov5640摄像头采集到的视频流数据传送至SDRAM,由Sobel算子模板处理后通过VGA显示视频图像。该设计基于Intel公司的Cyclone IV系列FPGA芯片EP4CE10F17C8进行了验证。实验结果表明,基于FPGA和Sobel边缘检测算法,使用流水线设计和乒乓操作,可实现视频流数据处理的实时性。

关键词： FPGA ov5640 Sobel算法 VGA显示

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基于ZYNQ的流水线食品外观检测系统设计

电子产品世界 2019年第6期26卷 41-44页

作者：王明全胡芯畅关欣然李根旺东北大学计算机科学与工程学院

针对图像处理技术在食品加工领域的应用,提出了一种基于ZYNQ平台的流水线食品外观辨别检测系统设计方案。该系统采用FPGA+ARM架构的ZYNQ-7000平台实现,利用单目ov5640摄像头进行图像采集,并将采集后的视频图像进行预处理以及VDMA视频图... 详细信息

针对图像处理技术在食品加工领域的应用,提出了一种基于ZYNQ平台的流水线食品外观辨别检测系统设计方案。该系统采用FPGA+ARM架构的ZYNQ-7000平台实现,利用单目ov5640摄像头进行图像采集,并将采集后的视频图像进行预处理以及VDMA视频图像显示,之后采用对射式光电开关达到流水线上食品目标的检测目的,最后通过图像测量方法提取食品特征。该系统解决了流水线上不规则食品外观检测辨别问题,可应用于食品加工质量检测领域。

关键词： ZYNQ 食品外观检测计算机视觉特征提取 ov5640