基于FPGA的数字图像预处理算法研究

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采用FPGA实现FFT算法

采用FPGA实现FFT算法

采用FPGA实现FFT算法随着数字技术的快速发展,数字信号处理已深入到各个学科领域。

在数字信号处理中,许多算法如相关、滤波、谱估计、卷积等都可通过转化为离散傅立叶变换(DFT)实现,从而为离散信号分析从理论上提供了变换工具。

但DFT计算量大,实现困难。

快速傅立叶(FFT)的提出,大大减少了计算量,从根本上改变了傅立叶变换的地位,成为数字信号处理中的核心技术之一,广泛应用于雷达、观测、跟踪、高速图像处理、保密无线通信和数字通信等领域。

目前,硬件实现FFT算法的方案主要有:通用数字信号处理器(DSP)、FFT专用器件和现场可编程门阵列(FPGA)。

DSP具有纯软件实现的灵活性,适用于流程复杂的算法,如通信系统中信道的编译码、QAM映射等算法。

DSP完成FFT运算需占用大量DSP的运算时间,使整个系统的数据吞吐率降低,同时也无法发挥DSP软件实现的灵活性。

采用FFT专用器件,速度虽能够达到要求。

但其外围电路复杂,可扩展性差,成本昂贵。

随着FPGA发展,其资源丰富,易于组织流水和并行结构,将FFT实时性要求与FPGA器件设计的灵活性相结合,实现并行算法与硬件结构的优化配置,不仅可以提高处理速度,并且具有灵活性高。

开发费用低、开发周期短、升级简单的特点。

针对某OFDM系统中FFT运算的实际需要,提出了基于FPGA的设计来实现FFT算法,并以16位长数据,64点FFT为例,在Quartus Ⅱ软件上通过综合和仿真。

2 FFT原理及算法结构FFT是离散傅立叶变换(DFT)的快速算法。

对于N点离散的有限长时问序列x(n),其傅里叶变换为:完成N点的DFT需要N2次复数乘法和N(N-1)次复数加法。

点数大时,计算量也大,所以难以实现信号的实时处理。

FFT的基本思想是利用旋转因子WN的周期性、对称性、特殊性以及周期N的可互换性,将长度为N点的序列DFT运算逐次分为较短序列的DFT运算,合并相同项,大大减少了计算量。

基于FPGA的图像拼接技术研究与实现

基于FPGA的图像拼接技术研究与实现

基于FPGA的图像拼接技术研究与实现徐扬;王晓曼;朱佶;刘鹏;姜浩【摘要】由于目前成熟的图像拼接技术普遍采用软件方法,获得的大视场视频会有不便于实时性的缺陷,提出了一种基于FPGA可编程技术控制多个CMOS摄像头视频数据并实时拼接的方法.该系统采用双目摄像头OV5640获取两路分辨率为320*240的图像数据,用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片作为核心芯片完成对两路CMOS视频图像的采集和处理,并通过两片DDR2芯片完成图像数据的缓存,视频图像经过拼接后由VGA显示.图像拼接部分主要通过以实验为基础的相位标校法完成两路图像的配准工作,采用加权算法进行图像融合工作,消除拼接缝,拼接后的视频分辨率为406*192,视场得到扩大,满足实时性要求,具有一定代表性.【期刊名称】《长春理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】6页(P94-98,103)【关键词】图像采集;相位标校;加权融合;FPGA实现【作者】徐扬;王晓曼;朱佶;刘鹏;姜浩【作者单位】长春理工大学电子信息工程学院,长春 130022;长春理工大学电子信息工程学院,长春 130022;长春理工大学电子信息工程学院,长春 130022;长春理工大学电子信息工程学院,长春 130022;中国华录·松下电子信息有限公司,大连116023【正文语种】中文【中图分类】TP391图像拼接技术主要目的在于将多幅有重叠区域的图像拼接成一幅完整的大视场图像,其过程主要为图像配准和图像融合两步,图像配准工作在于找出两幅图像中的重叠区域的坐标关系并将两幅图像拼成一幅图像,图像融合工作主要在于消除图像配准工作拼接图像中由于亮度、对比度等因素引起的拼接缝,最后得出一幅完整的图像。

随着技术的发展,目前视频拼接技术发展已经比较成熟,各种视频拼接的技术已经在我们的日常生活中投入使用,如车载监控、智能监管、交通等领域都涉及到大视场成像,会用到视频拼接技术。

基于FPGA和SOPC的视频图像处理系统的研究

基于FPGA和SOPC的视频图像处理系统的研究
格 适 中 等 优 点 , 过 适 当 的 地 址 编 码控 制 , 通
它 可 以 实 现 点 对 点 、 对 多 点 、 向 和双 向 点 单

出新 。 频 处 理 的 主 流 实 现 方 案 有 两 种 : 视 是 基 于 AS 该 方 案 一 般 采 用 意 法 、 I C,
Hale Waihona Puke 中 图分 类 号 : P 1 T 3
文献标识码 : A
文章 编号 : 3 9 ( 0 10 () 0 4 0 I 7 - 7 12 1 )4a一00 - 2 62 是 数 据 量 庞 大 , 别 是 在 图 像 帧 速 率 和 分 特
意 的 效果 , 且 修 改 很 不 方 便 。 着 F G 并 随 P A 的发 展 , 通过 S C 术 实 现 视 频 采 集 已成 OP 技
图 1 视频 图像 处 理框 图
为 系统 逻辑 描 述手 段完 成 的设 计 , 自动地 完 合 、 构 综 合 ( 局 布 线 ) 以 及 逻辑 优 化 测 结 布 , 试 , 至 实 现 既 定 的 电子 线 路 功 能 。 直
成逻辑编译 、 辑化简 、 辑分割 、 逻 逻 逻辑 综
E DA设计 一 般 采用 To — o 设计 也 p d wn 叫正 向 设 计 , 是 针 对 传 统 的 自底 向上 的 它
高 新 技 术
基 于 F A和 S C 的视 频 图像处 理 系统 的研 究① G P P O
应 芳 琴 ( 江财 经学 院东方 学院 浙江 海宁 3 4 0 ) 浙 1 4 8 摘 要 : 绍基 于E Y 的数 字视 频 图像 系统的 实现 方 案 。 介 DA ̄术 本设 计利 用Al r 公 司最新 的S P ( ta e o C  ̄鳊 程 片上 系统) 决方案——以N ol 解 isl 嵌入式软核 处理 器为核心 , 实现视频 图像 处理 系统 。 中介 绍 系统 框 图和部分 仿真结果 。 P 来 实现 视频 图像处 理 , 文 用F GA 加快 了数据 的处理 速 度 。 高 了 系统 的 实 时 性 和 可 靠性 , 约 了硬 件 成 本 。 提 节 关键词 :P A S P 视 频图像处理 FG O C

基于FPGA的实时红外图像采集与预处理系统

基于FPGA的实时红外图像采集与预处理系统

d s r y t e d t i i n i a e wh l t r d c s t e i p le n ie i h a e i g f c i e y r s — e t o h e a l n a m g i i e u e h m u s o s n t e s m ma e e e tv l ,a c o s e wi do ba e e h d f r i p e n i g f t me a le l o ih i n w— s d m t o o m l me t n a di n f t r a g rt m n FPGA n r a i e i p o o e s i i e ltm s r p s d i o n c mbi a i n wih t d a t g s o n to t he a v n a e fFPGA n t e a p c s o a a l ls r c u e a d p pei i g Th i h s e t f p r l t u t r n i l n . e n e h g —e e l o ih n a t r e a g s r p a e t hi me h d a d mu h p e i u r c s i g t me i i h lv l g rt m i a g t r n e i e l c d wih t s a t o n c r co sp o e sn i s s v d n t i s s e , e e a e h o o i ss c smo ul rd sg a s mb y l e a d p n - n p r t o a e .I h s y t m s v r l c n l g e u h a d a e in, s e l i n i g po g o e a i n t n

基于FPGA的双通道实时图像处理系统

基于FPGA的双通道实时图像处理系统

p o e sn d l s i lme td tr u h Ve i g HDL.e e d d DS a d c r n o Ip o e s r T e e . r c s i g mo u e i mpe ne h o g rl o mb d e P h r — o e a d Nis I r c so h x
第2 3卷 第 8期 21 0 0年 8月
传 感 技 术 学 报
C N S O HI E E J UR NA E OR ND A T L OF S NS S A C UA OR T S
V0 _ 3 No. l2 8 Au . 2 0 g 01
Du lCh n e m a e Re lTi e Pr c s i g S se s d o a - a n lI g a — m o e sn y t m Ba e n FPGA
视频 线 送 至 A V 10完成 视 频 解码 , 像处 理模 块 通 过 V ro 语 言 、 D 78 图 ei g l 内嵌 D P硬核 以及 No 处 理 器 予 以 实现 。实 验表 明 , S i I sI
系统实时性强、 图像处理效果 良好 , 并具有成本低 、 设计简单 、 应用灵活等特点 。


h g o t ih c s ,
i a e u t s fr s u c sa d dfiu tt sg _ PGA +DS due a d s n o e u 1c a n l ma e r . n d q ae u e o e o r e n i c l ode in frF f 0 P mo l e i f w d a . h n e g e g n i a -i r c si g s se i o o e lt me p o e sn y tm sprp s d.Th y tm a e n F e s se tk s a PGA hp a e r c s o c pu e vde ma e b c i s k y p o e s r a tr i o i g y

基于FPGA和USB3.0的高速视频图像采集处理系统设计

基于FPGA和USB3.0的高速视频图像采集处理系统设计

摘要随着机器视觉的广泛应用,以及工业4.0和“中国制造2025”的提出,在数字图像的采集、传输、处理等领域也提出了越来越高的要求。

传统的基于ISA接口、PCI接口、串行和并行等接口的图像采集卡已经不能满足人们对于高分辨率、实时性的图像采集的需求了。

一种基于FPGA和USB3.0高速接口,进行实时高速图像采集传输的研究越来越成为国内外在高速图像采集研究领域的一个新的热点。

针对高速传输和实时传输这两点要求,通过采用FPGA作为核心控制芯片与USB3.0高速接口协调工作的架构,实现高帧率、高分辨率、实时性的高速图像的采集和传输,并由上位机进行可视化操作和数据的保存。

整体系统采用先硬件后软件的设计方式进行设计,并对系统各模块进行了测试和仿真验证。

通过在FPGA 内部实现滤波和边缘检测等图像预处理操作,验证了FPGA独特的并行数据处理方式在信号及图像处理方面的巨大优势。

在系统硬件设计部分,采用OV5640传感器作为采集前端,选用Altera的Cyclone IV E系列FPGA作为系统控制芯片,由DDR2存储芯片进行数据缓存,采用Cypress公司的USB3.0集成型USB3.0芯片作为数据高速接口,完成了各模块的电路设计和采集卡PCB实物制作。

系统软件设计,主要分为FPGA逻辑程序部分、USB3.0固件程序部分和上位机应用软件部分。

通过在FPGA上搭建“软核”的方式,由Qsys系统完成OV5640的配置和初始化工作。

由GPIF II接口完成FPGA和FX3之间的数据通路。

通过编写状态机完成Slave FIFO的时序控制,在Eclipse中完成USB3.0固件程序的设计和开发。

上位机采用VS2013软件通过MFC方式设计,从而完成整体图像采集数据通路,并在上位机中显示和保存。

整体设计实现预期要求,各模块功能正常,USB3.0传输速度稳定在320MB/s,通过上位机保存至PC机硬盘的图像分辨率大小为1920*1080,与传感器寄存器设置一致,采集卡图像采集帧率为30fps,滤波及边缘检测预处理符合要求,采集系统具有实际应用价值和研究意义。

基于FPGA的Bayer图像彩色恢复快速算法研究及实现


B yr ae 型滤色器 图像彩色恢复 的目的就是根据其产 生的色斑图像去产生每个像素 的三原色数据 [ , , rg b, ] 以便恢复一帧彩色图像的原貌。设用 i 表示行 ,
表示列 , 对应 每个点 (j 输 出为 , , i) b。
水平 方 向 h=I 。 。 垂 直 方 向 t=I ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG 一G I, ,
B G B G B G B G
图 1 B yr 色矩 阵 ae 滤
20 0 7年 3月 6 日收 到
综合考虑处理速度与 图像质量两方面 , 本文采 取考虑相关性的边缘定 向线性 比率插值法 , 即通过 线性 比较判 断是 沿着垂 直 方 向还是 水 平方 向进行 插 值, 保证插值过程是沿着图像中边缘部分进行 , 以得
1 插值算法
颜色插值方法有很多种 , 常用的算法有邻域插 值法 、 线性插值法 、 J立法卷积插值法 、 J神经 网络 插值法 、 J考虑 相关 性 的线 性插值 法等 。邻域插 值、 线性插值法能在 图像相对平滑区域得到较好的 结果。但是 , 在图像高频区域 , 如图像中的边缘处和 色差 大 的区域 , 样 现 象 不 能得 到很 好地 控制 。立 走 方卷积插值算法和神经 网络插值算法的特点是图像 质量好 , 但运算时间长 。因此 , 人们更希望对线性插 值算法进行改进 , 保留运算快的特点 , 同时使 图像质
感 光 表 面 覆 盖 颜 色 滤 波 阵 列 C A ( oo ie F C l Fl r r t Ary 。颜色滤 波 阵列上 每个 格点 仅 允许 通 过一 种 r ) a
选择好的插值方法对获取高质量图像是非常重 要 的。一般来说 , 选用方法越复杂 , 插值产生的图像 质 量越 高 , 这需 要较 长的处 理时 间 , 但 为使 用 者带来 不便。因此寻找一种适合数字 图像 采集系统使用

基于FPGA的JPEG数字图像解码方案设计

1 基 于 F GA 的 J E 解 码 方 案设 计 P P G
J E 解 码 是 一 个 把 压 缩 的 J E 图 像 数 据 解 压 出来 , PG PG 以 为其 他 图像 处 理 等 数学 运算 提 供 R GB格 式 的数 据 。 据 硬 件 描 根
述语 言 的模 块 化 设 计 思 想 , 分 析 J E 数 据 流格 式 的 基础 上 , 在 PG
图 1 一 个 分 量 的 熵解 码
图 2 一 个 MC 的 熵 解 码 U
对 一 个 MCU 的数 据 进 行 解 码 , 解 码 流 程 如 图 2所 示 。解 其 码 开始 首 先 是 获 取 采用 系数 Y V的 值 , 二步 是 Y分 量 的熵 解 U 第
码 , 解 码 一 次 Y就 减 1 解 码 直 到 Y= , 三 步 是 U分 量 的 熵 每 , 0第
的解 码 , 目前 有 三 种途 径 : 利用 通 用 图像 芯片 解 码 、 P 在 C机 上 使 用 解码 软 件 解码 、 利用 专 用 图像 芯 片 解码 。利 用 通用 图像 芯 片解 码 , 美 国 C2 Mirs se 如 co ytms公 司 的 CC 1 O数 字 媒 体处 理 器 , l0 能 够 处 理 视 频 、 像 、 频 等 多 种 数 字 信 息 , 能 强 大 , 芯 片功 图 音 功 但 耗较大 , 成本 高 , 开发 周 期 长 , 不适 合 工 业领 域 的专 用 图像 设 备使 用 ; P 机 上 使 用 解 码 软 件 的 解 码 技 术 较 为 成熟 , 始 终 无 法 在 C 但 摆 脱 P 电 脑 的 软 硬 件 环 境 , 法 实 现 小 型 化 的 要 求 , 不 适合 C 无 也 工 业 领域 的应用 [ 利 用 专用 图 像芯 片 解码 ,P | ] 。 F GA芯 片 有着 众 多 优 良特 性 ,为 研制 专 用 图像 解 码 芯 片 提 供 了 一 种 通 用 的 开 发平 台 , 以实现 工 业应 用 领 域 的小 型化 和低 成 本 要求 。 可

基于FPGA的凝视红外图像预处理算法的硬件结构设计与实现


引言
基 于红 外焦 平 面 阵列 (R P I F A)的凝 视 红外 系 统
算和矩 阵运算 ,适合利用现场可编程门阵列 (P A) FG
来 实现 ,充 分发 挥 F G 的 高速 、并行 计 算能 力 ;而 PA 把 需 要 频 繁 取 址 的 目标 识 别 和 跟 踪 算 法 放 在 高 速 DS 中 完 成 。我 们 使 用 Xin 公 司 生 产 的 F GA P lx i P
a d e c e t e p o e sn c e n t ma ng e p rm e . n f i n — r c s i g s h me i hei gi x e i pr i nt Ke y wor ds: I I ge St i g Syse : Pr — oc s i g: Al rt R ma : r a n tm e Pr e s n go hm tu t r i S r c u e: FPGA
赖 雪峰 一 , ,石 勋 一 . ,潘 呜 ,裴 云天
(. 国科学 院上海 技术物理研究所 ,上海 2 0 ;2中国科学院研究 生院,北京 10 3 ) 1 中 00 3 0 0 9
摘要 :介绍 了一种针对凝视红外图像 预处理应用 而设计的 F G 硬件算法结构,该结构充分发挥 了 PA

n ih o —e inp o e sn c n ouinfl rm e infl r a dhso rm tt t s T ea piai no e eg b rr go r c sig( o v lt t / d a t ) n itg a sai i . h p l t f o i e i e sc c o h t
关键词:红外图像 ;凝视 系统;预处理;算法结构 ;F G PA 中图分类号:T 9 1 3 N 1. 7 文献标识码:A 文章编号:10 —8 1 0 70 —020 0 1 9 ( 0 )1 4 —5 8 2 0

一种基于FPGA的红外图像预处理算法的实现


始 图像 数 据 , 过 b x滤 波 模块 处 理 后 有 3种 不 同 的 滤 波 结 果 ; 经 o 滤波 后 的数 据 进 行 融 合 处 理 , 后 进 过 二值 化 的分 割 处 理 , 出候 选 然 突 目标 ; 制 电 路 控 制 着 各 个 模 块 流 程 的 操 作 。 控 1 . 分 辨 率模 块 1降
进不 同 而 已 。
11 .. 2结构 框 图 和说 明
量 和 实时 性 分 析 。 实验 证 明 , 预 处理 算 法在 F G 上 的 实现 完全 满 足 实 时处 理 的 需求 , 该 P A 并达 到各 项性 能指 标 。
关 键 词 : 字 图 像 处 理 ; 处 理 :P 数 预 F GA ; 波 ; 时 性 滤 实 中 图 分 类 号 : P3 1 T 0 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 0 9 3 4 (0 1 1 — 9 3 2 1 0 - 0 42 1 ) 6 3 4 —0
算 法 的 实 现 , 过 在 F G 内部 搭 建 滤 波 器 结 构 来 独 立 完 成 预 处 理 工 作 , 验 证 明 该 方 法 能够 对 采 集 图像 进 行 实 时 的 处 理 并 达 到 通 PA 实
预期 指标 , 同时 对 于 F G 内部 资 源 的消 耗 也在 合 理 范 同之 内 。 PA
在 图像 处 理 系统 结 构 中 . 像 预 处 理 算 法 通 常 在 整 个 核 心 算 法 的最 前 端 。 各 种 传 感 器 在 获 取 真 实 世 界 的 场 景 时 , 于 内部 A 图 由 D 转换 器 本 身 存 在 的量 化 误 差 , 可 避 免 的造 成 图 像 失 真 , 时 , 字 图像 在 传 输 过 程 中也 会 受 到 各 种 噪 声 的 干 扰 , 致 最 终 获取 的 不 同 数 导 数 字 图像 和 真 实场 景 有 较 大 区别 , 类 现 象 在 红 外 图像 的 获 取 过 程 中尤 其 严 重 。 因 此 直 接 在 红 外 图像 上进 行 诸 如 目标 识 别 、 析 、 此 分
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