人臉自動識別技術(shù)是模式識別、圖像處理等學(xué)科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發(fā)展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術(shù)作為各種生物識別技術(shù)中最重要的方法之一，已經(jīng)越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細(xì)分析了智能人臉識別算法原理，發(fā)展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預(yù)處理算法，PCA和ICA 算法，詳細(xì)分析了項目情況，系統(tǒng)劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(Verilog hdl)對算法部分嚴(yán)格按照FPGA代碼風(fēng)格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優(yōu)化處理，通過仿真與軟件算法結(jié)果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現(xiàn)。 主要研究內(nèi)容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統(tǒng)資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調(diào)試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設(shè)計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應(yīng)正確的結(jié)果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設(shè)計和調(diào)試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預(yù)處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現(xiàn)優(yōu)異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準(zhǔn)確，弱時實的特點。預(yù)處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態(tài)和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog hdl 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎(chǔ)上，保證原來效果的前提下，根據(jù)FPGA 硬件特點對算法進行了優(yōu)化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數(shù)據(jù)，預(yù)處理算法在C++算法的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現(xiàn)時可以根據(jù)系統(tǒng)要求，在FPGA的ip 核和自己設(shè)計的模塊之間選擇性能更好的一個來調(diào)用，F(xiàn)IFO的設(shè)計提供同步和異步時鐘域的數(shù)據(jù)緩存。設(shè)計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和比對。全部設(shè)計模塊通過仿真，達到預(yù)定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-07-13
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LED顯示屏是LED點陣模塊或者像素單元組成的平面顯示屏幕。自從誕生以來，以其亮度高、視角廣、壽命長、性價比高的特點，在交通、廣告、新聞發(fā)布、體育比賽、電子景觀等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 LED顯示屏控制器作為控制LED屏顯示圖像、數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，是整個LED視頻顯示系統(tǒng)的核心。本文研究的是對全彩色同步LED屏的控制，控制LED屏同步顯示在上位機顯示系統(tǒng)中某固定位置處的圖像。根據(jù)已有的LED顯示屏及其驅(qū)動器的特點，提出了一種可行的方案并進行了設(shè)計。系統(tǒng)主要分為兩個部分：視頻信號的獲取，視頻信號的處理。 經(jīng)過分析比較，決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源，視頻源經(jīng)過DVI解碼芯片TFP401A的解碼后，可以獲得圖像的數(shù)字信息，這些信息包括紅、綠、藍三基色的數(shù)據(jù)以及行同步、場同步、使能等控制信號。這些信號將在視頻信號處理模塊中被使用。 信號處理模塊在接收視頻信號源后，對數(shù)據(jù)進行處理，最后輸出數(shù)據(jù)給驅(qū)動電路。在信號處理模塊中，采用了可編程邏輯器件FPGA來完成。可編程邏輯器件具有高集成度、高速度、高可靠性、在線可編程（ISP）等特點，所以特別適合于本設(shè)計。利用FPGA的可編程性，在FPGA內(nèi)部劃分了各個小模塊，各小模塊中通過少量的信號進行聯(lián)系，這樣就將比較大的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成許多小的系統(tǒng)，使得設(shè)計更加簡單，容易驗證。本文分析了驅(qū)動電路所需要的數(shù)據(jù)的特點，全彩色灰度級的實現(xiàn)方式，決定把系統(tǒng)劃分為視頻源截取、RGB格式轉(zhuǎn)化、位平面分離、讀SRAM地址發(fā)生器、寫SRAM地址發(fā)生器、讀寫SRAM選擇控制器、灰度實現(xiàn)等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具，對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試。改進了時序、優(yōu)化了布局布線，使得系統(tǒng)性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的資源的基礎(chǔ)上，課題決定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA設(shè)計視頻信號處理模塊，在Quartus II和modelsim平臺下，用Verilog hdl語言開發(fā)。
上傳時間： 2013-05-19
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Scaler是平板顯示器件(FPD，F(xiàn)lat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉(zhuǎn)換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎(chǔ)上，采用自上而下(Top-down)的設(shè)計方法，給出了scaler的設(shè)計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調(diào)，也可以以IP core的形式應(yīng)用于相關(guān)圖像處理芯片中。 圖像縮放內(nèi)核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定著縮放性能的優(yōu)劣，也是控制芯片成本的關(guān)鍵。因此，本文從縮放內(nèi)核的結(jié)構(gòu)入手，對scaler的總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優(yōu)化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復(fù)雜度。FPGA設(shè)計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結(jié)構(gòu)，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。使用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：行列縮放可以同時進行，數(shù)據(jù)處理的可靠性高、速度快：內(nèi)核結(jié)構(gòu)簡單明了,數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小合適，便于設(shè)計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設(shè)計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數(shù)計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設(shè)計使用Verilog hdl對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統(tǒng)仿真，證明該scaler的設(shè)計達到了預(yù)期的目標(biāo)。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩(wěn)定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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近紅外光譜法是血液成分無創(chuàng)檢測方法中的熱點，也是取得成果最多的方法之一。但是，個體差異和測量條件是影響近紅外光譜血液成分無創(chuàng)檢測的一個較突出的問題。而動態(tài)光譜法就是針對這個問題而提出的一種全新的近紅外無創(chuàng)血液成分濃度檢測方法。它從原理上消除了個體差異和測量條件等對光譜檢測的影響，為基于近紅外光譜法的血液成分無創(chuàng)檢測方法進入臨床應(yīng)用去除了一個較為關(guān)鍵的障礙。因此，本文根據(jù)動態(tài)光譜檢測原理設(shè)計了基于FPGA的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 在分析了動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求后，采用DALSA的高性能線陣CCD IL-C6-2048C作為光電轉(zhuǎn)換器件；根據(jù)CCD輸出數(shù)據(jù)的高速度和信號微弱及含有噪聲等特點，選用了高速、高精度、并帶有相關(guān)雙采樣芯片的圖像處理芯片AD9826作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件；以FPGA及其內(nèi)嵌的NIOSⅡ處理器作為核心控制器，并用LabVIEW對采集得到的數(shù)據(jù)進行顯示。 在FPGA中，利用Verilog hdl語言編寫了CCD和AD9826的控制時序；利用兩塊雙口RAM組成乒乓操作單元，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的緩存，避免利用NiosⅡ處理器直接讀取時的頻繁中斷。將NIOSⅡ處理器系統(tǒng)嵌入到FPGA中，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理。NiOSⅡ處理器利用中斷方式讀取緩存單元中的數(shù)據(jù)、經(jīng)對數(shù)變換后傳遞給計算機。其中緩存數(shù)據(jù)的讀取及對數(shù)變換均采用自定義組件的方式將硬件單元添加到NIOSⅡ系統(tǒng)中，編程時直接調(diào)用。NIOSⅡ系統(tǒng)通過串口將處理后的數(shù)據(jù)傳遞給LabVIEW， LabVIEW對數(shù)據(jù)簡單處理后顯示，以實時觀察采樣數(shù)據(jù)是否正確。 最后對系統(tǒng)進行了實驗測試，實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠很好的采集并顯示數(shù)據(jù)，能夠初步完成光信號的檢測。
標(biāo)簽： FPGA 動態(tài) 光譜數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-04-24
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高速、高精度已經(jīng)成為伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，而位置檢測環(huán)節(jié)是決定伺服系統(tǒng)高速、高精度性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。光電編碼器作為伺服驅(qū)動系統(tǒng)中常用的檢測裝置，根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)論。 絕對式光電編碼器精度高、位數(shù)多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應(yīng)的通信協(xié)議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產(chǎn)廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協(xié)議相關(guān)的硬件電路、數(shù)據(jù)幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發(fā)語言硬件描述語言Verilog hdl，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎(chǔ)上，采用自頂向下的設(shè)計方法，將整個接口電路劃分成發(fā)送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設(shè)計編碼器接口電路。最終的設(shè)計在相關(guān)硬件電路上實現(xiàn)。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅(qū)動程序驗證了整個設(shè)計的各項功能，達到了設(shè)計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
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近年來，瓦斯事故在煤礦生產(chǎn)事故中所占比例越來越高，給礦工的生產(chǎn)生活帶來了極大的災(zāi)難，必須加強對瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，避免瓦斯爆炸事故。因此對瓦斯氣體進行快速、實時檢測對于煤礦安全生產(chǎn)及環(huán)境保護有特別重要的意義。便攜式甲烷檢測報警儀是各國應(yīng)用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測儀表，可隨時檢測作業(yè)場所的甲烷濃度，也可使用甲烷傳感器對甲烷濃度進行連續(xù)實時地監(jiān)測。大體上當(dāng)前應(yīng)用的便攜式甲烷檢測儀器，按檢測原理分為光學(xué)甲烷檢測儀、熱導(dǎo)型甲烷檢測儀、熱催化型甲烷檢測報警儀、氣敏半導(dǎo)體式甲烷檢測儀等幾種。 光干涉甲烷檢測儀性能穩(wěn)定、使用壽命長，測量準(zhǔn)確，是我國煤礦主要的便攜式甲烷檢測儀器。但現(xiàn)有的光干涉甲烷檢測儀存在自動化程度低、測量方法繁瑣、讀數(shù)不直觀，人為誤差較大、不能存儲數(shù)據(jù)等缺點。為此本文在干涉型甲烷檢測儀實現(xiàn)的原理上提出利用線陣型電荷耦合器件(CCD)對干涉條紋進行非接觸式的自動測量，獲得條紋信息，通過CCD驅(qū)動、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了干涉條紋位移的精確測量，由單片機對量化后的測量信號進行智能處理，數(shù)字化顯示甲烷含量的測量結(jié)果。 光干涉甲烷檢測的關(guān)鍵是對干涉條紋中白基線以及黑色條紋位置的檢測，本設(shè)計采用線陣CCD成像獲取條紋信息判別其位置。CCD是一種性能獨特的半導(dǎo)體光電器件，近年來在攝像、工業(yè)檢測等科技領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。將CCD技術(shù)應(yīng)用于位置測量可以實現(xiàn)高精度和非接觸測量的要求；運用FPGA實現(xiàn)CCD芯片的驅(qū)動具有速度快、穩(wěn)定高等優(yōu)點：模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)沒有采用專用存儲芯片進行存儲，而采用FPGA硬件開發(fā)平臺和Verilog hdl硬件描述語言編寫代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)，同時提高數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)度，既降低成本又提高了存儲效率。 本文設(shè)計的新系統(tǒng)使用方便、精度高、數(shù)據(jù)可儲存，克服了傳統(tǒng)光干涉甲烷檢測儀的缺點，技術(shù)指標(biāo)和功能都得到較大改善。
上傳時間： 2013-06-08
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本文論述了嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)，介紹了TCP/IP協(xié)議棧的原理，以及硬線實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的意義和應(yīng)用。 第一章為緒論，介紹論文研究的目的、內(nèi)容、意義和國內(nèi)外研究發(fā)展的現(xiàn)狀。 第二章介紹FPGA設(shè)計的流程和Verilog hdl設(shè)計語言。著重介紹了FPGA的代碼輸入、編譯、綜合、仿真和下載等等步驟，并且介紹了FPGA設(shè)計中使用到的EDA軟件。介紹了Verilog hdl語言的起源，以及Verilog hdl語言的優(yōu)缺點，并與VHDL語言進行了簡單的比較。 第三章介紹嵌入式系統(tǒng)要實現(xiàn)的經(jīng)過剪裁的TCP/IP協(xié)議棧的內(nèi)容。著重介紹了要實現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議棧的子協(xié)議，包括TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、IP協(xié)議、ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議。在介紹這些協(xié)議的時候，介紹了這些協(xié)議的工作原理，以及這些協(xié)議要用到的報文的格式。 第四章介紹實現(xiàn)剪裁的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)，具體介紹的經(jīng)過剪裁的TCP/IP各個模塊的設(shè)計工作。這個部分著重介紹各個模塊的設(shè)計方法，實現(xiàn)各個模塊的過程。在設(shè)計完這些模塊后，對這些模塊的仿真進行了仿真。 第五章是全文的總結(jié)，概括了作者在這次畢業(yè)設(shè)計中的主要工作和課題的意義，同時指出了進一步工作的方向和需要解決的問題。
上傳時間： 2013-07-04
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直接數(shù)字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術(shù)，其數(shù)字結(jié)構(gòu)滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的許多要求，因而得到了迅速的發(fā)展。現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)的出現(xiàn)，改變了現(xiàn)代電子數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，提供了一種全新的設(shè)計模式。本論文結(jié)合這兩項技術(shù)，并利用單片機控制靈活的特點，開發(fā)了一種雙通道波形發(fā)生器。在實現(xiàn)過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設(shè)計中，F(xiàn)PGA芯片的設(shè)計和與控制芯片的接口設(shè)計是一個難點，本文利用Altera的設(shè)計工具Quartus Ⅱ并結(jié)合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設(shè)計過程，這是設(shè)計的基礎(chǔ)。接著分析了整個設(shè)計中應(yīng)處理的問題，根據(jù)設(shè)計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現(xiàn)。然后就這三個部分分別詳細(xì)地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細(xì)地分析了該波形發(fā)生器的功能、性能、實現(xiàn)和實驗結(jié)果。最后，結(jié)合在設(shè)計中的一些心得體會，提出了本設(shè)計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設(shè)計達到了預(yù)定的要求，并證明了采用軟硬件結(jié)合，利用FPGA實現(xiàn)基于DDS架構(gòu)的雙路波形發(fā)生器是可行的。
上傳時間： 2013-06-09
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本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實現(xiàn)與驗證過程。 數(shù)字處理部分主要實現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點流水線FFT模塊等。 本設(shè)計采用Verilog hdl硬件描述語言進行設(shè)計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能
上傳時間： 2013-07-09
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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，提高了算法的可用性，同時為進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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