隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機(jī)預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構(gòu)為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進(jìn)行調(diào)試和運行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達(dá)到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進(jìn)，提高了算法的可用性，同時為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設(shè)計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實時圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實時圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用芯片的研究將成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點。 本文以FPGA為平臺，使用VHDL硬件描述語言設(shè)計并實現(xiàn)了中值濾波、順序濾波、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、卷積運算和高斯濾波等圖像處理算法。在設(shè)計過程中，通過改進(jìn)算法和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，在合理地利用硬件資源的條件下，有效地挖掘出算法內(nèi)在的并行性，采用流水線結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，提高了頂層濾波模塊的處理速度。在中值濾波器的硬件設(shè)計中，本文提出了一種快速中值濾波算法，該算法大大節(jié)省了硬件資源，處理速度也很快。在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)算法的硬件實現(xiàn)中，本文提出的最大值濾波和最小值濾波算法大大減少了硬件資源的占用率，適應(yīng)了流水線設(shè)計的要求，提高了圖像處理速度。 整個設(shè)計及各個模塊都在Altera公司的開發(fā)環(huán)境QuartusⅡ以及第三方仿真軟件Modelsim上進(jìn)行了邏輯綜合以及仿真。綜合和仿真的結(jié)果表明，使用FPGA硬件處理圖像數(shù)據(jù)不僅能夠獲得很好的處理效果，達(dá)到較高的工作頻率，處理速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟件法處理圖像，可滿足實時圖像處理的要求。 本課題為圖像處理專用FPGA芯片的設(shè)計做了有益的探索性嘗試，對今后完成以FPGA圖像處理芯片為核心的實時圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計有著積極的意義。
上傳時間： 2013-06-08
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隨著信號處理技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)信號偵察接收機(jī)逐漸從模擬體制向數(shù)字體制轉(zhuǎn)變。軟件無線電概念的提出，促使雷達(dá)偵察接收機(jī)朝大帶寬、全截獲方向發(fā)展，現(xiàn)有的串行信號處理體制已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)要求。FPGA器件的出現(xiàn)，為實現(xiàn)寬帶雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)提供了硬件支持。 本文結(jié)合FPGA芯片特點，在前人研究基礎(chǔ)上，從算法和硬件實現(xiàn)兩方面，對雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和創(chuàng)新，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設(shè)計聯(lián)合仿真技術(shù)。這種聯(lián)合仿真技術(shù)，大大提高了基于FPGA的雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數(shù)字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進(jìn)行了硬件實現(xiàn)，設(shè)計可對600MHz帶寬內(nèi)的輸入信號進(jìn)行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結(jié)構(gòu)FFT的FPGA實現(xiàn)方案，并將其在FPGA芯片中進(jìn)行了硬件實現(xiàn)，設(shè)計能夠在一個時鐘周期內(nèi)完成32點并行FFT運算，滿足了數(shù)字信道化接收機(jī)對數(shù)據(jù)處理速度的要求。 4)提出了一種自相關(guān)信號檢測FPGA實現(xiàn)方案，通過改變FIFO長度改變自相關(guān)運算點數(shù)，實現(xiàn)了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結(jié)果的可靠性。 5)在單通道自相關(guān)信號檢測算法基礎(chǔ)上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關(guān)點數(shù)和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結(jié)果，得到最終檢測結(jié)果。給出了算法FPGA實現(xiàn)過程，并對設(shè)計進(jìn)行了聯(lián)合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進(jìn)行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進(jìn)行了實現(xiàn)。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進(jìn)行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結(jié)合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達(dá)脈沖信號到達(dá)時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內(nèi)實現(xiàn)了一個精簡的雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)，并在微波暗室中進(jìn)行了測試。
標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號 數(shù)字接收機(jī)
上傳時間： 2013-06-13
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隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)正在各個行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，而FPGA技術(shù)的不斷成熟改變了通常采用并行計算機(jī)或數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)等作為嵌入式處理器的慣例。可編程邏輯器件(FPGA)憑借其較低的開發(fā)成本、較高的并行處理速度、較大的靈活性及其較短的開發(fā)周期等特點，在圖像處理系統(tǒng)中有獨特的優(yōu)勢。 本文提出了一種基于FPGA的圖像采集處理系統(tǒng)解決方案，并選用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324為核心，設(shè)計開發(fā)了圖像采集處理的軟硬件綜合系統(tǒng)。文章闡述了如何在FPGA中嵌入NiosII軟核處理器并完成圖像采集處理系統(tǒng)功能的設(shè)計方案。硬件電路上，系統(tǒng)設(shè)計了三塊電路板：FPGA核心處理板、圖像采集卡、圖像顯示卡，其中通過I2C總線對采集卡的工作模式進(jìn)行配置，在采集模塊控制下，將采集到的圖像數(shù)據(jù)存儲到SDRAM；根據(jù)VGA顯示原理及其時序關(guān)系，設(shè)計了VGA顯示輸出控制模塊，合成了VGA工作的控制信號，又根據(jù)VGA顯示器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，合成VGA接口的水平和幀同步信號。邏輯硬件上，應(yīng)用SOPCBuilder工具生成了FPGA內(nèi)部的邏輯硬件功能模塊，定制了NiosII IP core、CMOS圖像采集模塊、VGA Controller及其I2C總線接口，系統(tǒng)各模塊間通過Avalon總線連接起來。軟件部分，在NiosII內(nèi)核處理器上實現(xiàn)了彩色圖像顏色空間轉(zhuǎn)換、二值化、形態(tài)學(xué)腐蝕處理及其目標(biāo)定位等算法。實驗結(jié)果證明了本文提出的方案及算法的正確性，可行性。
標(biāo)簽： FPGA 圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-08-05
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隨著電子工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域需求的增長，要實現(xiàn)復(fù)雜程度較高的數(shù)字電子系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)處理能力提出越來越高的要求。定點運算已經(jīng)很難滿足高性能數(shù)字系統(tǒng)的需要，而浮點數(shù)相對于定點數(shù)，具有表述范圍寬，有效精度高等優(yōu)點，在航空航天、遙感、機(jī)器人技術(shù)以及涉及指數(shù)運算和信號處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。對浮點運算的要求主要體現(xiàn)在兩個方面：一是速度，即如何快速有效的完成浮點運算；二是精度，即浮點運算能夠提供多少位的有效數(shù)字。 計算機(jī)性價比的提高以及可編程邏輯器件的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行了變革。FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)讓設(shè)計師通過設(shè)計芯片來實現(xiàn)電子系統(tǒng)的功能，將傳統(tǒng)的固件選用及電路板設(shè)計工作放在芯片設(shè)計中進(jìn)行。FPGA可以完成極其復(fù)雜的時序與組合邏輯電路功能，適用于高速、高密度，如運算器、數(shù)字濾波器、二維卷積器等具有復(fù)雜算法的邏輯單元和信號處理單元的邏輯設(shè)計領(lǐng)域。 鑒于FPGA技術(shù)的特點和浮點運算的廣泛應(yīng)用，本文基于FPGA將浮點運算結(jié)合實際應(yīng)用設(shè)計一個觸摸式浮點計算器，主要目的是通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能。 (1)給出系統(tǒng)的整體框架設(shè)計和各模塊的實現(xiàn)，包括芯片的選擇、各模塊之間的時序以及控制、每個運算模塊詳細(xì)的工作原理和算法設(shè)計流程； (2)通過VHDL語言編程來實現(xiàn)浮點數(shù)的加減、乘除和開方等基本運算功能； (3)在Xilinx ISE環(huán)境下，對系統(tǒng)的主要模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)計及功能仿真，驗證了基于FPGA的浮點運算。
上傳時間： 2013-04-24
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本研究針對目標(biāo)識別等系統(tǒng)中由于載機(jī)轉(zhuǎn)動而使目標(biāo)圖像發(fā)生旋轉(zhuǎn)，給測量及人眼觀察帶來的影響，因此需要對目標(biāo)圖像進(jìn)行實時的反旋轉(zhuǎn)處理，對目前出現(xiàn)的消像旋技術(shù)進(jìn)行分析和比較，選擇從電子學(xué)消旋方法出發(fā)，研究圖像消像旋的方法，并給出了基于FPGA的實時消像旋系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的算法設(shè)計。 本文在對電子圖像消旋原理的深入分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計并利用Visual C++6.0軟件仿真實現(xiàn)了一種優(yōu)化的快速旋轉(zhuǎn)算法，再利用后插值處理保證了圖像的質(zhì)量；構(gòu)建了以ACEX EP1K100為核心的數(shù)字圖像實時消像旋系統(tǒng)，利用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)了整個消像旋算法的FPGA設(shè)計。該系統(tǒng)利用高速相機(jī)和Camera Link接口傳輸圖像，提高了系統(tǒng)的運行速度。利用QuartusII和Matlab軟件對整個算法設(shè)計進(jìn)行混合仿真實驗。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠成功地對采集到的灰度圖像進(jìn)行消像旋處理，旋轉(zhuǎn)后的圖像清晰穩(wěn)定，像素誤差小于一個像素，而且對于視頻信號只有一幀的延時不到20ms，達(dá)到系統(tǒng)參數(shù)要求。
上傳時間： 2013-07-04
上傳用戶：MATAIYES
現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實時性提出了很高的要求，當(dāng)最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達(dá)到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強(qiáng)大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關(guān)運算等數(shù)字信號處理算法的高效實現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設(shè)計了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細(xì)討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進(jìn)措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關(guān)運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)乘累加(MAC)運算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關(guān)運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進(jìn)行了研究。 最后，完成了圖像聲納預(yù)處理模塊。在一片EP2S60上實現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達(dá)到了設(shè)計要求。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
上傳用戶：zgu489
本論文設(shè)計了一種基于FPGA的高速FIR數(shù)字濾波器,濾波器實現(xiàn)低通濾波,截止頻率為1MHz,通帶波紋小于1 dB,阻帶最大衰減為-40 dB,輸入輸出數(shù)據(jù)為8位二進(jìn)制,采樣頻率為10MHz。 論文首先簡要介紹了數(shù)字濾波器的基本原理和線性FIR數(shù)字濾波器的性質(zhì)、結(jié)構(gòu),根據(jù)濾波器的性能要求選擇窗函數(shù)、確定系數(shù),在算法上為了滿足數(shù)字濾波器的要求,對系數(shù)放大512倍并取整,并用Matlab對數(shù)字濾波器原理進(jìn)行了證明。同時簡述了EDA技術(shù)和FPGA設(shè)計流程。 其次,論文說明了FIR數(shù)字濾波器模塊的劃分,并用Verilog語言在Modelsim環(huán)境下進(jìn)行了功能測試。對于數(shù)字濾波器系數(shù)中的-1,-2,4這些簡單的系數(shù)乘法直接進(jìn)行移位和取反,可以極大的節(jié)省資源和優(yōu)化設(shè)計。而對普通系數(shù)乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速實現(xiàn)了乘積的運算；另外,在本設(shè)計進(jìn)行部分積累加時,采用舍取冗余位,主要是根據(jù)設(shè)計時已對系數(shù)進(jìn)行了放大,而輸出時又要將結(jié)果相應(yīng)的縮小,所以在累加時,提前對部分積縮小,從而減少了運算量,從時間和資源上都得到了優(yōu)化。 論文的最后分別用Modelsim和Quartus II進(jìn)行了FIR數(shù)字濾波器的前仿真和后仿真,將仿真的結(jié)果和Matlab中原理驗證時得到的理想值進(jìn)行了比較,并對所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明：本16階FIR數(shù)字濾波器設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)截止頻率為1MHz的低通濾波,并且工作頻率可達(dá)150MHz以上。
上傳時間： 2013-05-24
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本文提出了一種基于FPGA的細(xì)胞圖像識別系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)中FPGA處于核心地位，F(xiàn)PGA采用Altera公司的EP1K100QC208-1芯片，構(gòu)造專用處理功能，實現(xiàn)彩色圖像灰度化、灰度變換、中值濾波、低通濾波、灰度圖像二值化等算法。這部分處理的數(shù)據(jù)量非常大，由于采用FPGA處理，產(chǎn)生的時延變得很小；最后系統(tǒng)機(jī)進(jìn)行識別處理的是二值圖像，數(shù)據(jù)量也很小。所進(jìn)行的仿真實驗取得了良好的效果，給出了部分源代碼和實驗結(jié)果。設(shè)計采用VHDL語言描述，并使用電子設(shè)計自動化(EDA)工具進(jìn)行了模擬和驗證。
標(biāo)簽： FPGA 圖像識別 預(yù)處理 硬件
上傳時間： 2013-04-24
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預(yù)測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術(shù)由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術(shù)是生物識別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結(jié)果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計方案進(jìn)行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。 實驗結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-07
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