隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)科學(xué)。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)，己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、軍事、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖像處理特別是高分辨率圖像實(shí)時(shí)處理的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。另外，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)程，為圖像壓縮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： (1)結(jié)合某工程的具體需求，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng)，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲(chǔ)器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實(shí)現(xiàn)了JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)中的基本算法，為課題組成員進(jìn)行算法改進(jìn)提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲(chǔ)器。 (4)構(gòu)建了圖像壓縮系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)實(shí)現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進(jìn)行了軟件仿真測(cè)試和硬件測(cè)試，驗(yàn)證了其功能的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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文中簡(jiǎn)單闡述了紅外輻射機(jī)理，論述了紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。紅外成像系統(tǒng)，尤其是紅外焦平面陣列，由于探測(cè)器材料和制造工藝的原因，各像素點(diǎn)之間的靈敏度存在差別，甚至存在一些缺陷點(diǎn)，各個(gè)探測(cè)單元特征參數(shù)不完全一致，因而存在著較大的非均勻性，降低了圖像的分辨率，影響了紅外成像系統(tǒng)的有效作用距離。實(shí)時(shí)非均勻性校正是提高和改善紅外圖像質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)。 論文建立了描述其非均勻性的數(shù)學(xué)模型，分析了紅外焦平面陣列非均勻性產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)，討論了幾種常用的非均勻性校正的方法，指出了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)場(chǎng)合。 根據(jù)紅外探測(cè)器光譜響應(yīng)的特點(diǎn)和基于參考源的兩點(diǎn)溫度非均勻性校正理論，采用FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)紅外成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)非均勻性兩點(diǎn)校正，設(shè)計(jì)完成了相應(yīng)的紅外焦平面陣列非均勻性校正硬件電路。對(duì)該系統(tǒng)中各個(gè)模塊的功能及電路實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并給出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)框圖。同時(shí)給出了該圖像處理器的部分軟件流程圖。該方法動(dòng)態(tài)范圍大而且處理速度快，適用于紅外成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)的圖像處理場(chǎng)合。實(shí)踐表明，該方案取得了較為滿意的結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛的問題，如果實(shí)現(xiàn)PID軟算法的微處理器因?yàn)閺?qiáng)干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會(huì)引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。而FPGA的應(yīng)用可以從本質(zhì)上解決這個(gè)問題。因此，利用FPGA開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制器算法的芯片化，使之能夠廣泛的用于各種場(chǎng)合，具有很大的應(yīng)用意義。 首先分析FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)及開發(fā)流程，指出實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度，是擴(kuò)展設(shè)計(jì)功能、提高芯片性能和產(chǎn)品性價(jià)比的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成，主要包括核心控制器模塊、輸入輸出模塊以及人機(jī)接口。其中控制器部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在分析FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于FPGA改進(jìn)型并行結(jié)構(gòu)的PID溫度控制器設(shè)計(jì)方法。在PID算法與FPGA的運(yùn)算器邏輯映像過程中，采用將補(bǔ)碼的加法器代替減法器設(shè)計(jì)，增加整數(shù)運(yùn)算結(jié)果的位擴(kuò)展處理，進(jìn)行不同數(shù)據(jù)類型的整數(shù)歸一化等不同角度的處理方法融合為一體，可以有效地減少邏輯運(yùn)算部件。應(yīng)用Ouartus Ⅱ圖形輸入與Verilog HDL語言相結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PID控制器，用Modelsim仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，用Synplify Pro進(jìn)行電路綜合，在Quaitus Ⅱ軟件中實(shí)現(xiàn)布局布線，最后生成FPGA的編程文件。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，論文設(shè)計(jì)完成了12位模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)顯示器、按鍵等相關(guān)外圍接口電路。 將一階、純滯后、大慣性電阻爐溫作為控制對(duì)象，以EP1C3T144 FPGA為核心，構(gòu)建PID控制系統(tǒng)。在采用Pt100溫度傳感器、分辨率為2℃、最大溫度控制范圍0～400℃的條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)到無超調(diào)的穩(wěn)定控制要求，為降低FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器的設(shè)計(jì)難度提供了有效的方法。
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外紅外成像技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用和研究。各國(guó)軍方針對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和未來信息戰(zhàn)的新形勢(shì)，對(duì)熱成像技術(shù)提出了更高的要求，希望今后能研制出性能更佳、體積更小、分辨率和靈敏度更高、作用距離更遠(yuǎn)、價(jià)格更低的紅外成像系統(tǒng)。 CCD 成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是 CCD 器件設(shè)計(jì)和圖像處理。本課題通過對(duì)CCD 圖像處理技術(shù)的研究，采用嵌入式 Nios Ⅱ+FPGA 的工作方式，充分發(fā)揮嵌入式 Nios Ⅱ處理器靈活性和 FPGA 處理速度快的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)靈活、處理速度高以及功能完善的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能同時(shí)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)校正算法、加權(quán)濾波算法、對(duì)比度增強(qiáng)算法以及疵點(diǎn)補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)功能。 本系統(tǒng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某研究所研制的目前國(guó)內(nèi)最大型面陣 (PtSi 512×512) CCD 焦平面探測(cè)器成像組件中，得到了良好的成像效果；同時(shí)，由該處理系統(tǒng)構(gòu)成的 InGaAs 成像組件也處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于中電 44 所多種成像組件項(xiàng)目的研究中，推動(dòng)了 PtSi 256×256、PtSi 512×512 焦平面探測(cè)器成像組件以及 4096×96TDI CCD 成像組件的工程化應(yīng)用進(jìn)程。
上傳時(shí)間： 2013-05-22
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在工業(yè)控制領(lǐng)域，多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)共存的局面從客觀上促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。將傳統(tǒng)的商用以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的最大障礙是以太網(wǎng)的非實(shí)時(shí)性，而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的高精度時(shí)鐘同步是保證以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的前提和基礎(chǔ)。 IEEE 1588定義了一個(gè)能夠在測(cè)量和控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步的協(xié)議——精確時(shí)間協(xié)議(Precision Time Protocol)。PTP協(xié)議集成了網(wǎng)絡(luò)通訊、局部計(jì)算和分布式對(duì)象等多項(xiàng)技術(shù)，適用于所有通過支持多播的局域網(wǎng)進(jìn)行通訊的分布式系統(tǒng)，特別適合于以太網(wǎng)，但不局限于以太網(wǎng)。PTP協(xié)議能夠使異質(zhì)系統(tǒng)中各類不同精確度、分辨率和穩(wěn)定性的時(shí)鐘同步起來，占用最少的網(wǎng)絡(luò)和局部計(jì)算資源，在最好情況下能達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的亞微級(jí)的同步精度。 基于PC機(jī)軟件的時(shí)鐘同步方法，如NTP協(xié)議，由于其實(shí)現(xiàn)機(jī)理的限制，其同步精度最好只能達(dá)到毫秒級(jí)；基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法，將時(shí)鐘同步模塊放在操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層，其同步精度能夠達(dá)到微秒級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間微秒級(jí)的同步精度雖然已經(jīng)能滿足大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備時(shí)鐘同步的要求，但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制等需求高精度定時(shí)的系統(tǒng)來說，這仍然不夠。基于嵌入式軟件的時(shí)鐘同步方法受限于操作系統(tǒng)中斷響應(yīng)延遲時(shí)間不一致、晶振頻率漂移等因素，很難達(dá)到亞微秒級(jí)的同步精度。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA的時(shí)鐘同步方法，以IEEE 1588作為時(shí)鐘同步協(xié)議，以Ethernet作為底層通訊網(wǎng)絡(luò)，以嵌入式軟件形式實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊，以數(shù)字電路形式實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步模塊。這種方法充分利用了FPGA的特點(diǎn)，通過準(zhǔn)確捕獲報(bào)文時(shí)間戳和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償晶振頻率漂移等手段，相對(duì)于嵌入式軟件時(shí)鐘同步方法實(shí)現(xiàn)了更高精度的時(shí)鐘同步，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在以集線器互連的10Mbps以太網(wǎng)上能夠達(dá)到亞微秒級(jí)的同步精度。
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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波形發(fā)生器是用來產(chǎn)生一種或多種特定波形的裝置。這些波形通常有正弦波﹑方波﹑三角波﹑鋸齒波，等等。以前，人們常用模擬電路來產(chǎn)生這些波形，其缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所產(chǎn)生的波形種類有限。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)字集成電路來產(chǎn)生各種波形的方法已經(jīng)變得越來越普遍。雖然，用數(shù)字量產(chǎn)生的波形會(huì)呈微小的階梯狀，但是，只要提高數(shù)字量的位數(shù)即提高波形的分辨率，所產(chǎn)生的波形就會(huì)變得非常平滑。用數(shù)字方式的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，改變輸出的波形極為容易。下面就說明以波形數(shù)據(jù)存貯器為核心來實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的原理。
標(biāo)簽： multisim 任意波形 信號(hào)發(fā)生電路 仿真
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)采用全數(shù)字的合成方法，所產(chǎn)生的信號(hào)具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、頻率切換時(shí)相位連續(xù)、輸出相位噪聲低和可以產(chǎn)生任意波形等諸多優(yōu)點(diǎn)。 在理論上對(duì)DDS的原理及其輸出信號(hào)的性能進(jìn)行了分析，采用FPGA實(shí)現(xiàn)了任意波形發(fā)生器，能夠產(chǎn)生三角波、鋸齒波、調(diào)頻波、調(diào)相波、調(diào)幅波和碎發(fā)等十幾種波形，并能通過串行口下載任意波形。在設(shè)計(jì)頻率調(diào)制電路時(shí)采用了頻率字運(yùn)算單元和相位累加器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，該方法既可實(shí)現(xiàn)寬帶線性調(diào)頻，又可實(shí)現(xiàn)非線性調(diào)頻。完成了軟件和硬件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字 合成 信號(hào)發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-05-26
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HT82M75REW / HT82D40REW 工作電壓：鼠標(biāo) 3V / 軟件狗（接收器）5V 移動(dòng)探測(cè)器：陀螺儀或光學(xué) 傳感器分辨率：0.15°/s；藍(lán)色光 工作電流：鼠標(biāo) 21mA / 接收器 37mA 通信頻率：2.4GHz 無線通信范圍：大約 12m
上傳時(shí)間： 2013-07-22
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實(shí)現(xiàn)的圖像處理無法滿足實(shí)時(shí)性的需求；同時(shí)FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實(shí)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(guó)內(nèi)外的一個(gè)熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺(tái)上，用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)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(jì)算單元，存儲(chǔ)器模塊和通信適配模塊五個(gè)部分。其中的計(jì)算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。架構(gòu)為計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計(jì)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(yùn)行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實(shí)現(xiàn)了排序?yàn)V波，中值濾波，卷積運(yùn)算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運(yùn)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(jì)方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)圖像處理在時(shí)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(shí)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(shí)為進(jìn)一步的研究提供了更加便利的平臺(tái)。 整個(gè)設(shè)計(jì)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(tái)上實(shí)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(shí)現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
標(biāo)簽： 圖像處理 算法研究 硬件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-30
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隨著多媒體技術(shù)發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為眾多應(yīng)用系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事指揮、大視場(chǎng)展覽、跟蹤雷達(dá)、電視會(huì)議、導(dǎo)航等眾多領(lǐng)域。因而，實(shí)現(xiàn)高分辨率高幀率圖像實(shí)時(shí)處理的技術(shù)不僅具有廣泛的應(yīng)用前景，而且對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展也具有深遠(yuǎn)意義。 大視場(chǎng)可視化系統(tǒng)由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使細(xì)節(jié)得到充分地展現(xiàn)。為了在曲面屏幕上正確的顯示圖像，需要在投影前實(shí)時(shí)地對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正和邊緣融合。而現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)則是用硬件處理實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理技術(shù)是世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的研究領(lǐng)域。 本課題的主要工作就是設(shè)計(jì)一個(gè)以FPGA為核心的硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的視頻圖像實(shí)時(shí)地進(jìn)行幾何校正和邊緣融合。 論文首先介紹了圖像處理的幾何原理，然后提出了基于FPGA的大視場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像融合處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和模塊功能劃分。系統(tǒng)分為算法與軟件設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)和FPGA邏輯設(shè)計(jì)三個(gè)大的部分。本論文主要負(fù)責(zé)FPGA的邏輯設(shè)計(jì)。圍繞FPGA的邏輯設(shè)計(jì)，論文先介紹了系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)，以及使用Verilog語言進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)的基本原則。 論文重點(diǎn)對(duì)FPGA內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。仲裁與控制模塊是頂模塊的主體部分，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)和時(shí)序控制；參數(shù)表模塊主要實(shí)現(xiàn)SDRAM存儲(chǔ)器的控制器接口，用于圖像處理時(shí)讀取參數(shù)信息。圖像處理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過調(diào)用FPGA內(nèi)嵌的XtremeDSP模塊，高速地完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)的乘累加運(yùn)算。最后論文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于PicoBlaze核的12C總線接口用于配置FPGA外圍芯片。 經(jīng)過對(duì)寄存器傳輸級(jí)VerilogHDL代碼的綜合和仿真，結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以應(yīng)用在大視場(chǎng)可視化系統(tǒng)中完成對(duì)高分辨率高幀率圖像的實(shí)時(shí)處理。
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時(shí)圖像 處理系統(tǒng)
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