高性能嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理和識別系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化程度的高速發(fā)展，產(chǎn)品在線檢測的速度和精度也越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測手段成本高并且檢測效率低，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求。視頻圖像處理和識別系統(tǒng)具有非接觸檢測、高精度、抗干擾性強(qiáng)、高速性和高效率等優(yōu)點(diǎn)，非常適合自動化生產(chǎn)的要求，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到汽車零件自動裝配、機(jī)器人視覺、工業(yè)檢測等領(lǐng)域。 本文首先對數(shù)字圖像處理算法原理進(jìn)行分析，對各個(gè)算法的性能和處理效果進(jìn)行了對比和選取，分析它們對圖像處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響。

2、進(jìn)而指出，采用并行處理是解決系統(tǒng)實(shí)時(shí)性問題的有效方法，采用可并行計(jì)算的處理器進(jìn)行圖像處理是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。又通過對現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)結(jié)構(gòu)和工作方式的分析，指出了應(yīng)用FPGA器件進(jìn)行圖像處理，以解決系統(tǒng)實(shí)時(shí)性問題的優(yōu)勢。研究了Altera公司的DSP Builder這種先進(jìn)的開發(fā)工具在Matlab中進(jìn)行高效的算法設(shè)計(jì)和仿真的方法，以及該工具生成的VHDL，代碼與QuartusⅡ中Verilog代碼良好的集成性的特點(diǎn)。

3、 分析了嵌入式實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及工作流程。根據(jù)實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，構(gòu)建了基于FPGA的實(shí)時(shí)圖像處理和識別系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并分別對視頻采集、視頻數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、圖像幀存、圖像處理、實(shí)時(shí)顯示等功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)。系統(tǒng)利用I2C總線對CMOS圖像傳感器和液晶屏控制芯片的相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置，驅(qū)動視頻圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和顯示。視頻數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)(RAW)格式到RGB格式的轉(zhuǎn)換。圖像幀存是設(shè)計(jì)多端口的SDRAM控制器，實(shí)

4、現(xiàn)了單幀與雙幀視頻圖像的存取。 針對影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性最大的圖像處理部分，采用DSP Builder工具設(shè)計(jì)了適合FPGA硬件計(jì)算的算法結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了適合高速圖像處理的中值濾波、邊緣檢測和圖像識別算法電路模型，同時(shí)將流水線處理技術(shù)和并行處理等技術(shù)應(yīng)用到電路模型設(shè)計(jì)中，提高了處理速度，節(jié)省了硬件開銷。然后，在Matlab中對該工具設(shè)計(jì)的圖像處理算法進(jìn)行仿真調(diào)試，觀察仿真環(huán)境下的算法處理結(jié)果。最后，將設(shè)計(jì)的算法處理電路模型轉(zhuǎn)換成硬件描述語