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分类号 TP391 密级 公开 UDC 编号

硕士研究生学位论文

题 目 基于FPGA的视频采集及图像处理算

法实现

学院（所、中心） 信息学院 专业名称 控制工程 研究生姓名 张浩然 学号 12013002344 导师姓名 任文平 职称 副教授

2015 年 4 月

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摘要

数字图像处理技术已经被广泛的应用于视频监控、机器视觉、航天探测等多个领域。随着现场作业对图像处理的实时性要求越来越高，传统的处理工具已经很难满足其要求。而现场可编程门阵列FPGA作为近年来快速发展的一种电子工具，由于其高速并行的处理特性，可以快速对大量的数据进行处理，因此已经越来越多的应用于图像处理领域与通信领域中。FPGA具有高速并行的处理特性、高度灵活的可配置资源与可移植性强等特点，非常适合运用在数字图像处理领域。

本文在对大量国内外文献进行查阅的基础上，设计出一整套完整的视频图像采集系统。本系统可以对视频图像进行实时采集，并且把常用的图像处理算法移植到FPGA中，完成了基于FPGA的图像处理算法。

整个系统具体划分为：视频采集模块、I2C控制模块、色彩复原模块、SDRAM控制模块、VGA显示模块以及图像处理模块。首先在系统上电时，用I2C控制模块进行摄像头参数配置，图像数据通过视频采集模块传入FPGA中，色彩复原模块把Bayer型RGB格式的数据转化为可以在VGA上显示的RGB格式。SDRAM控制模块对经过转化后的RGB格式数据进行存储与读取控制。VGA显示模块在行场时序的控制下，在SDRAM中取出数据，进行VGA显示。在图像处理模块中，首先对半透明算法进行研究，并通过视频采集的图像与图片的半透明融合，在FPGA上实现了半透明算法。接下来对视频图像进行灰度化，选择了快速中值滤波对灰度视频画面进行滤波。在研究图像分割时，采用八个梯度模版的Sobel边缘检测对图像进行分割，得到了比较满意的效果。最后在形态学滤波中，用开操作对图像画面进行滤波处理，让整个图像画面变得更加细腻。

通过该系统的设计表明，利用FPGA的高速并行的处理特点，可以很好的完成视频图像的采集以及图像处理算法的实现，因此将FPGA运用在图像处理领域是一种非常合适的方案。

关键词：FPGA；高速并行；视频图像采集；图像处理；Verilog

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