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基于小波变换的图像匹配算法硬件设计与实现
作 者: 李琪
导 师: 张岩
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 图像匹配 小波变换 NCC FPGA GPU
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 52次
引 用: 0次
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内容摘要
图像匹配是一项十分重要的技术,在模式识别等多个领域有着广泛的运用。随着科技的迅猛发展,很多运用场合不仅对图像匹配的精度有要求,还对图像匹配算法的实时性要求很高。因此,在保证图像匹配精度的前提下,如何最大程度的减少图像匹配的时间是一个很有意义的研究方向。基于图像灰度的匹配算法是本论文的主要研究方向,从以下三个方面开展研究和设计工作:首先,对目前应用较多的图像匹配相似性度量函数和搜索策略进行研究,分析各自的优缺点,用Visual C++编程语言完成了其中的几种图像匹配算法设计并进行图像匹配测试。本文设计的基于小波变换的图像匹配算法,粗匹配和精匹配的相似性度量函数分别为Adaptive SSDA和NCC,采用金字塔搜索策略。使用Visual C++编程语言完成基于小波变换的图像匹配算法设计,并在不同条件下对本次设计的算法进行匹配性能测试。其次,设计并实现基于NCC的图像匹配的硬件计算结构。在Modelsim和ISE10.1的工作平台上使用Verilog硬件描述语言完成硬件计算结构的设计工作,并对设计的结构进行功能仿真和逻辑综合等工作,最后在Xilinx Virtex-2XC2VP30FPGA开发板上进行调试。最后,提出基于小波变换的图像匹配的硬件结构,使用GPU实现小波变换,粗匹配和精匹配的相似性度量函数都采用NCC,并设计适用于金字塔搜索策略的NCC的并行计算结构。使用Verilog硬件描述语言完成适用于金字塔搜索策略的NCC结构设计,在Modelsim和ISE10.1平台上完成功能仿真、逻辑综合等工作,最后在Xilinx公司的Virtex-2XC2VP30FPGA开发板上进行板级调试。通过比较图像匹配测试数据可以看出,基于小波变换的图像匹配算法的匹配性能(匹配精度、匹配时间)要比其他几种参考匹配算法好。为了更好的满足运用场合对图像匹配算法实时性的要求,本文提出了两种匹配算法的硬件结构,通过Modelsim功能仿真结果和ISE10.1的综合报告可以看出,两种结构在匹配性能有了进一步的提升。在模板图像尺寸为32*32,待匹配图像尺寸为256*256的情况下,基于NCC图像匹配硬件架构耗费13.1ms就能完成正确的匹配,基于小波变换的图像匹配硬件架构,在进行一次小波变换的情况下,耗费6.8ms完成正确的匹配。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 第1章 绪论 8-12 1.1 课题背景 8-9 1.2 国内外研究现状 9-10 1.3 课题研究的目的和意义 10 1.4 主要研究内容和论文结构 10-12 第2章 图像匹配算法及设计综述 12-19 2.1 模板匹配 12 2.2 几种基于灰度的匹配算法 12-15 2.2.1 平方差与平均平方差算法 13 2.2.2 归一化相关系数 13-14 2.2.3 自适应序贯相似性检测算法 14-15 2.3 几种匹配搜索策略 15-16 2.3.1 遗传算法搜索策略 15 2.3.2 金字塔搜索策略 15-16 2.4 软件测试 16-17 2.5 本章小结 17-19 第3章 基于小波变换图像匹配算法的设计 19-27 3.1 小波变换与多分辨率分析 19-23 3.2 基于 2D-SMDWT的图像匹配算法设计 23-26 3.3 本章小结 26-27 第4章 基于NCC图像匹配硬件设计与实现 27-47 4.1 NCC并行计算架构 27-30 4.2 时序控制模块 30-40 4.2.1 ORAM ADDR模块 31-32 4.2.2 RRAM ADDR模块 32-33 4.2.3 ROM ADDR模块 33-34 4.2.4 RAM阵列片选和写使能控制模块 34-35 4.2.5 MUX SEL模块 35 4.2.6 Control Singal模块 35-40 4.3 运算单元 40-43 4.3.1 整数乘法器 40-41 4.3.2 多操作数加法器 41-42 4.3.3 浮点运算单元 42-43 4.4 VGA显示控制器 43-44 4.5 FPGA仿真综合及实现 44-46 4.6 本章小结 46-47 第5章 小波变换图像匹配硬件设计与实现 47-73 5.1 基于GPU实现的 2D-SMDWT 47-53 5.1.1 CUDA及其编程模型 47-48 5.1.2 CUDA存储器模型 48-50 5.1.3 分离卷积 50-52 5.1.4 实验结果及分析 52-53 5.2 适用于金字塔搜索策略的NCC并行FPGA结构 53-69 5.2.1 时序控制模块 54-68 5.2.2 Scc和S2cc计算模块 68-69 5.3 FPGA仿真综合及实现 69-71 5.4 本章小结 71-73 结论 73-75 参考文献 75-81 致谢 81
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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