在圖像處理及檢測系統中，實時性要求往往影響著系統處理速度的性能。本文在分析研究視頻檢測技術及方法的基礎上，應用嵌入式系統設計和圖像處理技術，以交通信息視頻檢測系統為研究背景，展開了基于FPGA視頻圖像檢測技術的研究與應用，通過系統仿真驗證了基于FPGA架構的圖像并行處理和檢測系統具有較高的實時處理能力，能夠準確并穩定地檢測出運動目標的信息。可見FPGA對提高視頻檢測及處理的實時性是一個較好的選擇。 本文主要研究的內容有： 1．分析研究了視頻圖像檢測技術，針對傳統基于PC構架和DSP處理器的視頻檢測系統的弊端，并從可靠性、穩定性、實時性和開發成本等因素考慮，提出了以FPGA芯片作為中央處理器的嵌入式并行數據處理系統的設計方案。 2．應用模塊化的硬件設計方法，構建了新一代嵌入式視頻檢測系統的硬件平臺。該系統由異步FIFO模塊、圖像空間轉換模塊、SRAM幀存控制模塊、圖像預處理模塊和圖像檢測模塊等組成，較好地解決了圖像采樣存儲、處理和傳輸的問題，并為以后系統功能的擴展奠定了良好的基礎。 3．在深入研究了線性與非線性濾波幾種圖像處理算法，分析比較了各自的優缺點的基礎上，本文提出一種適合于FPGA的快速圖像中值濾波算法，并給出該算法的硬件實現結構圖，應用VHDL硬件描述語言編程、實現，仿真結果表明，快速中值濾波算法的處理速度較傳統算法提高了50％，更有效地降低了系統資源占用率和提高了系統運算速度，增強了檢測系統的實時性能。 4．研究了基于視頻的交通車流量檢測算法，重點討論背景差分法，圖像二值化以及利用直方圖分析方法確定二值化的閾值，并對圖像進行了直方圖均衡處理，提高圖像檢測精度。并結合嵌入式系統處理技術，在FPGA系統上研究設計了這些算法的硬件實現結構，用VHDL語言實現，并對各個模塊及相應算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系統仿真與驗證是整個FPGA設計流程中最重要的步驟，針對現有仿真工具用手動設置輸入波形工作量大等弊病，本文提出了一種VHDL測試基準(TestBench)方法解決系統輸入源仿真問題，用TEXTIO程序包設計了MATLAB與FPGA仿真軟件的接口，很好地解決了仿真測試中因測試向量龐大而難以手動輸入的問題。并將系統的仿真結果數據在MATLAB上還原為圖像，方便了系統測試結果的分析與調試。系統測試的結果表明，運動目標的檢測基本符合要求，可以排除行走路人等移動物體(除車輛外)的噪聲干擾，有效地檢測出正確的目標。 本文主要研究了基于FPGA片上系統的圖像處理及檢測技術，針對FPGA技術的特點對某些算法提出了改進，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim軟件開發平臺上仿真實現，仿真結果達到預期目標。本文的研究對智能化交通監控系統的車流量檢測做了有益探索，對其他場合的圖像高速處理及檢測也具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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頻率是電子技術領域內的一個基本參數，同時也是一個非常重要的參數。穩定的時鐘在高性能電子系統中有著舉足輕重的作用，直接決定系統性能的優劣。隨著電子技術的發展，測頻系統使用時鐘的提高，測頻技術有了相當大的發展，但不管是何種測頻方法，±1個計數誤差始終是限制測頻精度進一步提高的一個重要因素。 本設計闡述了各種數字測頻方法的優缺點。通過分析±1個計數誤差的來源得出了一種新的測頻方法：檢測被測信號，時基信號的相位，當相位同步時開始計數，相位再次同步時停止計數，通過相位同步來消除計數誤差，然后再通過運算得到實際頻率的大小。根據M/T法的測頻原理，已經出現了等精度的測頻方法，但是還存在±1的計數誤差。因此，本文根據等精度測頻原理中閘門時間只與被測信號同步，而不與標準信號同步的缺點，通過分析已有等精度澳孽頻方法所存在±1個計數誤差的來源，采用了全同步的測頻原理在FPGA器件上實現了全同步數字頻率計。根據全同步數字頻率計的測頻原理方框圖，采用VHDL語言，成功的編寫出了設計程序，并在MAX+PLUS Ⅱ軟件環境中，對編寫的VHDL程序進行了仿真，得到了很好的效果。最后，又討論了全同步頻率計的硬件設計并給出了電路原理圖和PCB圖。對構成全同步數字頻率計的每一個模塊，給出了較詳細的設計方法和完整的程序設計以及仿真結果。
上傳時間： 2013-04-24
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人體血液成份的無創檢測是生物醫學領域尚未攻克的前沿課題之一，動態光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個體差異和測量條件對檢測結果的影響。實現動態光譜檢測，其關鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進行處理。針對動態光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數據量大的特點，本文設計了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動態光譜數據采集與預處理系統，提高檢測精度，采集出滿足動態光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動態光譜頻域提取法的核心算法FFT的FPGA實現進行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規光柵光譜儀中的光電接收器，實現對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結合面陣CCD的二維圖像特點，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進行傳輸和存儲。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號的信噪比，同時減小了數據的傳輸速度和傳輸量，降低了對存儲器容量的要求，改善了動態光譜信號檢測系統的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復合視頻信號的特點，設計視頻信號解調電路，得到高速、高精度的數字視頻信號和準確的視頻同步信號，用于后續的視頻信號采集與處理。 根據動態光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺，設計并實現了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預處理系統。該系統實現了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高速同行累加，實現了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統，通過對其應用程序的開發，可靠的實現了數據的采集、傳輸和存儲，提高了系統的集成度，降低了開發成本。 為實現動態光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實現方案，對各關鍵模塊進行設計，為動態光譜信號的進一步處理打下良好的基礎。 最后，通過實驗證明了系統數據采集的正確性和信號預處理的可行性，得到了符合動態光譜信號提取要求的脈搏波信號。
上傳時間： 2013-04-24
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采用現場可編程門陣列(FPGA)可以快速實現數字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規模電路時常常需要數小時的時間，以至于許多設計者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價來提高編制速度。電路編制過程中大部分時間花費在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時間。 許多布線算法已經被開發并獲得應用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當前最為流行的兩種。然而它們各有缺點：基于SAT的布線算法在可擴展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當實際問題具有嚴格的布線約束條件時，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結果可歸納如下。 1、在全面調查FPGA結構的最新研究動態的基礎上，確定了一種FPGA布線結構模型，即一個基于SRAM的對稱陣列(島狀)FPGA結構作為研究對象，該模型僅需3個適合的參數即能表示布線結構。為使所有布線算法可在相同平臺上運行，選擇了美國北卡羅來納州微電子中心的20個大規模電路作為基準，并在布線前采用VPR399對每個電路都生成30個布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預制電路上運行。 2、詳細研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協商的性能驅動的布線算法PathFinder，一種快速的時延驅動的布線算法VPR430和一種協商A
上傳時間： 2013-05-18
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軟件無線電(SDR，Software Defined Radio)由于具備傳統無線電技術無可比擬的優越性，已成為業界公認的現代無線電通信技術的發展方向。理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性，減少靈活性著的硬件電路，把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線，通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前，直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化，而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法，其主要思想是，數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘，再經插值或抽取濾波，其結果是，輸入信號頻譜搬移到所需頻帶，數據速率也相應改變，以供后續模塊做進一步處理。數字變頻器在發射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC，Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC，Digital Down Converter)，它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規模可編程邏輯器件的應用為現代通信系統的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC)，然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的，因此，本文對數字上變頻器也作適當介紹。 第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念，介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數控振蕩器(NCO)，介紹了兩種實現方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹，給出了傳統算法和改進算法，并對基于傳統CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術，重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法，對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真，后者只進行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band，HB)濾波器，對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真，最后簡要介紹了FIR的多相結構。 第五章對數字下變頻器系統進行了噪聲綜合分析，給出了一個噪聲模型。 第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例，給出了測試結果，重點介紹了下變頻器的：FPGA實現，其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中，希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。
上傳時間： 2013-06-09
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三維彩色信息獲取系統目的是獲取對象的三維空間坐標和顏色信息。它是計算機視覺研究的重要內容，也是當前信息科學研究中的一個重要熱點。 本文首先介紹了三維信息獲取技術的意義和實時可重構三維激光彩色信息獲取系統總體方案。該方案合理劃分了系統的圖像處理任務，充分地利用了擁有的硬、軟件資源。闡述了基于FPGA處理器的硬件系統結構及其工作原理和系統工作時序。 本文還研究了圖像處理系統中的數字邏輯設計，總結出了較完整、規范化的設計流程和方法，介紹了從圖像處理算法到可編程邏輯器件的規范化映射方法，總結了在視頻系統中的高級設計技巧，包括并行流水線技術和循環結構的硬件實現方式等。 為了說明提出的設計方法，本文分析了基于自適應閾值的結構光條紋中心的方向模板快速檢測算法的硬件實現。該算法是把自適應閾值法與可變方向模板法相結合，具有穩定性好、精度高、計算簡單、數據存儲量小、實現速度快的特點，此外，該方法有利于硬件快速實現。實踐證明這種方法是實用的、有效的。 本文的重點在于研制了具有完全自主知識產權的實時可重構三維激光彩色信息獲取系統中視頻圖像處理專用集成電路。該集成電路是實現系統快速算法的核心，使用現場可編程器FPGA器件EPlK50實現提取激光線、提取人頭輪廓線和提取中心顏色線算法；該集成電路還要實現系統所需的控制邏輯。控制部分包括將視頻采集輸出端口信號轉化為RGB真彩色信號的數據鎖存模塊、各FIFO緩存器的輸入輸出控制模塊和系統需要的其它信號控制模塊。提出提取輪廓線快速算法，即由FPGA處理器與主機交互式共同快速完成提取人頭正側影輪廓線算法。該專用集成電路研制是整個實時可重構三維激光彩色信息獲取系統實現的關鍵。
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上傳時間： 2013-07-23
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本文利用史密斯圓圖作為RF阻抗匹配的設計指南。文中給出了反射系數、阻抗和導納的作圖范例，并用作圖法設計了一個頻率為60MHz的匹配網絡。
上傳時間： 2013-06-18
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本文針對目前國內外基于FPGA實現模糊控制器的理論、EDA軟件工具的使用以及FPGA 技術的發展，對模糊控制器的設計作了有益的探索，并達到了預期的實驗效果。文章綜述了模糊控制理論的產生、發展、應用現狀以及今后的發展方向；介紹了模糊邏輯、模糊控制的基本原理和模糊控制器的結構；闡述了常規模糊控制器的設計過程。文章介紹了運用 VHDL語言進行模糊控制器的設計過程。對模糊控制過程中隸屬度函數的存儲采用了分段存儲法，其設計方法簡單，提高了運算速度和運算精度。采用了“最大－最小”函數法簡化了模糊控制規則的推理過程。運用“倒數相乘法”實現除法器的設計，能夠實現任意數的除法運算，且精度較高。并以模糊空調溫度控制器為例進行了理論說明和模糊設計，并給出了相應的VHDL代碼。整體設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA 工具Quartus Ⅱ和Modelsim SE平臺上進行了邏輯綜合及功能時序仿真，綜合與仿真的結果表明，基于FPGA的模糊控制器芯片消耗較少的硬件資源，達到了較高的設計性能，在速度和資源利用率方面均達到了較優的狀態，通過在 FPGA開發板上的驗證與測試，測試結果表明，所設計的模糊控制器可滿足實時模糊控制的要求。關鍵詞：模糊邏輯 模糊控制器 VHDL FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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區截裝置測速法是現代靶場中彈丸測速的普遍方法，測時儀作為區截裝置測速系統的主要組成部分，其性能直接影響彈丸測速的可靠性和精度。本文根據測時儀的發展現狀，按照設計要求，設計了一種基于單片機和FPGA的高精度智能測時儀，系統工作穩定、操作方便、測時精度可達25ns。 本文詳細給出了系統的設計方案。該方案提出了一種在后端用單片機處理干擾信號的新方法，簡化了系統硬件電路的設計，提高了測時精度；提出了一種基于系統基準時間的測時方案，相對于傳統的測時方法，該方案為分析試驗過程提供了有效數據，進一步提高了系統工作的可靠性；給出了一種輸入信息處理的有效方法，保證了系統工作的穩定性。 本文設計了系統FPGA邏輯電路，包括輸入信號的整形濾波、輸入信號的捕捉、時基模塊、異步時鐘域間數據傳遞、與單片機通信、單片機I/O總線擴展等；實現了系統單片機程序，包括單片機和。FPGA的數據交換、干擾信號排除和彈丸測速測頻算法的實現、LCD液晶菜單的設計和打印機的控制、FLASH的讀寫、上電后對FPGA的配置、與上位機的通信等；分析了系統的誤差因素，給出了系統的誤差和相對誤差的計算公式；通過實驗室模擬測試以及靶場現場測試，結果表明系統工作可靠、精度滿足設計要求、人機界面友好。
上傳時間： 2013-07-25
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本文研究的視頻處理系統是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現”的一部分，主要完成計算機視覺系統的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統進行高層處理的基礎，優秀的預處理算法能有效改善圖像質量，提高系統分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統整體架構的基礎上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設計方案用于實現YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據VGA顯示的要求，給出了一種實現圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據算法特點設計了多種采用FPGA實現的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現充分利用了FPGA的片內資源，體現了FPGA在圖像處理方面的特點及優勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現，從而簡化了系統整體結構。視頻采集和預處理系統在FPGA上的成功實現為“計算機視覺及其芯片化實現”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據。
上傳時間： 2013-04-24
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