FPGA图像处理毕业论文 中英文资料对照外文翻译文献综述
基于FPGA的快速图像处理系统的设计
摘要
我们评估、改进硬件、软件架构的性能，目的是为了适应各种不同的图像处理任务。这个系统架构采用基于现场可编程门阵列（FPGA）和主机电脑。PC端安装Lab VIEW应用程序，用于控制图像采集和工业相机的视频捕获。通过USB2.0传输协议执行传输。FPGA控制器是基于ALTERA的Cyclone II芯片，其作用是作为一个系统级可编程芯片（SOPC）嵌入NIOSII内核。该SOPC集成了CPU，片内、外部内存，传输信道，和图像数据处理系统。采用标准的传输协议和通过软硬件逻辑来调整各种帧的大小。与其他解决方案作比较，对其一系列的应用进行讨论。
关键词：软件/硬件联合设计；图像处理；FPGA；嵌入式
1、导言
传统的硬件实现图像处理一般采用DSP或专用的集成电路（ASIC）。然而，随着对更高的速度和更低的成本的追求，其解决方案转移到了现场可编程门阵列（FPGA）身上。FPGA具有并行处理的特性以及更好的性能。当一个程序需要实时处理，如视频或电视信号的处理，机械操纵时，要求非常严格，FPGA可以更好的去执行。当需要严格的计算功能时，如滤波、运动估算、二维离散余弦变换（二维DCTs ）和快速傅立叶变换（ FFTs ）时，FPGA能够更好地优化。在功能上，FPGA更多的硬件乘法器、更大的内存容量、更高的系统集成度，轻而易举地超越了传统的DSP。以计算机为基础的成像技术的应用和基于FPGA的并行控制器，这需要生成一个软硬件接口来进行高速传输。本系统是一个典型的软硬件混合设计产品，其中包括电脑主机中运行的LvbVIEW进行成像，配备了摄像头和帧采集，在另一端的Altera的FPGA开发板上运行图像滤波器和其他系统组件。图像数据通过USB2.0进行高速传输。各硬件部件和FPGA板的控制部分通过嵌入的NIOSII处理器进行关联，并利用USB2.0作为沟通渠道。
2、设计工具概述
通过FPGA设计DSP系统往往采用高级别算法开发工具和硬件描述语言，例如MATLAB。它也可采用具有第三方知识产权的IP内核执行典型的DSP功能或高速通信协议。在我们的应用中，我们使用的模型设计工具例如Mathworks Simulink来建立DSP。将其生成HDL代码后利用Quartus II与其他
硬件设计文件综合。
SOPC-Builder作为一个工具驻留在Quartus环境中，其作用是将NIOSII与外部逻辑硬件或标准外设融为一体。SOPC-Builder提供了一个界面结构，以互联NIOSII和外部存储器、滤波器、以及主机电脑。
3、滤波器的模型和应用设计
这个工作的主要目标就是评估主、协处理器进行图像处理的性能，包括嵌入式的NIOSII的性能以及电脑主机与FPGA板之间的USB2.0传输性能。现有FPGA的性能可能会造成图像处理的局限性。为了完成目标，我们建立了一个典型的图像处理应用，以针对FPGA协处理器。包括一个噪声滤波器和一个边缘检测器。降噪和边缘检测这两个基本过程运用到各种机器视觉中，如目标识别，医学成像，下一代的汽车行进路线检测，人员追踪，控制系统等方面。
我们的噪声模型和边缘检测使用了Altera DSPBuilder Libraries in Simulink。这方面有个例子可以从[11]找到，利用高斯3 · 3 kernel降噪。边缘检测利用典型的Prewitt或Sobel滤波器。这些功能可用于合并一系列边缘检测后减少噪声。图1为滤波器的设计框图。
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