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基于FPGA的高速图像预处理的算法研究与实现

作　者: 周尧波
导　师: 袁峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: FPGA 数字图像处理 中值滤波 边缘锐化 直方图均衡化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 214次
引　用: 3次
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内容摘要


数字图像处理在军事、遥感、医学、工业等众多领域中发挥着重要作用。随着数字图像处理的数据量的增加和数字图像处理系统实时性要求的提高,要求设计者对数字图像处理采用的器件以及算法做相应的改进。低级图像处理针对的多是像素级的处理,它具有处理的数据量庞大而算法相对简单的特点。本文研究的预处理就是针对低级图像处理,把输入图像进行相应的预处理后,供后续部分进行处理,这样能够有效地提高系统的工作效率。FPGA十分适合进行图像预处理工作。FPGA是目前主流的可编程逻辑器件之一,经过二十多年的发展,具有集成度高、资源丰富、功耗低、可靠性强、灵活性好、可重复配置的特点,非常方便用户进行设计和修改。本文研究了数字图像处理中应用非常广泛的中值滤波、最大值滤波、最小值滤波、边缘锐化、直方图均衡化等算法。在中值滤波中采用了一种改进型的滤波方法,有效地减少了计算量,提高了中值滤波的处理速度。顺序滤波中的最大值滤波、最小值滤波是比较常用的滤波方法,本文对最大值、最小值滤波算法进行了研究,具有良好的处理效率。边缘锐化中,Prewitt边缘检测、Sobel边缘检测、Isotropic Sobel边缘检测是被广泛使用的方法,本文研究了其在FPGA中实现的算法。直方图均衡化是一种重要的图像处理方法,本文对其进行了分析,给出了其在FPGA中实现的模块。最后,本文对中值滤波、最大值滤波、最小值滤波、Prewitt边缘检测、直方图均衡化等算法进行了相应的仿真,结果符合设计的要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 数字图像处理的应用现状  8-9
  1.3 数字图像处理的方案分析  9-10
  1.4 FPGA 的发展与开发  10-18
    1.4.1 FPGA 的发展  10-12
    1.4.2 FPGA 未来的发展趋势  12-13
    1.4.3 SOPC 技术与FPGA  13-14
    1.4.4 FPGA 的开发  14-17
    1.4.5 硬件描述语言Verilog HDL  17-18
  1.5 论文研究的主要内容  18-20
第2章 数字图像处理的算法  20-30
  2.1 引言  20-21
  2.2 灰度图像  21
  2.3 图像去噪  21-26
    2.3.1 均值滤波  22
    2.3.2 中值滤波  22-24
    2.3.3 中值滤波的改进算法  24-25
    2.3.4 顺序滤波  25-26
  2.4 边缘锐化  26-28
    2.4.1 梯度算子  26-27
    2.4.2 常用的梯度算子  27-28
  2.5 直方图均衡化  28-29
    2.5.1 灰度直方图的定义和特点  28-29
    2.5.2 灰度直方图均衡化  29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 FPGA 的图像预处理算法  30-40
  3.1 引言  30
  3.2 图像采集  30
  3.3 FPGA 并行处理  30-32
  3.4 改进的中值滤波  32-34
  3.5 最大值滤波  34
  3.6 最小值滤波  34-35
  3.7 边缘锐化  35-38
  3.8 直方图均衡化的仿真  38-39
    3.8.1 直方图统计模块  38-39
    3.8.2 直方图累加模块  39
    3.8.3 直方图映射模块  39
  3.9 本章小结  39-40
第4章 基于FPGA 的图像预处理算法的仿真  40-45
  4.1 引言  40
  4.2 改进中值滤波算法的仿真结果  40-41
    4.2.1 三值比较单元的仿真  40
    4.2.2 改进中值滤波算法的仿真  40-41
  4.3 最大值滤波的仿真  41-42
  4.4 最小值滤波的仿真  42
  4.5 直方图均衡化的仿真  42-43
    4.5.1 直方图统计模块  42-43
    4.5.2 直方图累加模块  43
    4.5.3 直方图映射模块  43
  4.6 Prewitt 边缘检测的仿真  43-44
  4.7 本章小结  44-45
结论  45-46
参考文献  46-50
致谢  50

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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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