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基于SOPC的实时图像处理系统设计

作　者: 聂孟庆
导　师: 余愚
学　校: 西华大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 现场可编程门阵列 片上可编程系统 NiosII处理器 SDRAM 运动目标检测
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 173次
引　用: 3次
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内容摘要


随着计算机、微电子以及信息技术的飞速发展,实时图像处理的应用越来越广泛,人们对图像处理系统的处理速度等要求也越来越高。鉴于嵌入式处理器的优良特性,选择嵌入式实时图像处理系统成为必然的趋势。微电子技术的迅猛发展为高速图像处理系统提供了硬件基础,嵌入式实时图像处理系统的实现方式主要有基于专用集成电路、数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA,然而选择不同的编、解码器和处理器所组成的系统的难易程度和实现的功能也有所不同。当前基于FPGA的图像处理系统成为研究的热点,FPGA具有高性能、高集成度、低功耗的特点,其中可以内嵌软核处理器的FPGA满足了图像处理系统对速度、集成度、可靠性等方面的要求。基于目前实时图像处理的研究现状与发展趋势,本文对基于片上可编程系统技术的实时图像处理系统设计方案进行了研究,对其硬件系统架构以及工作原理进行了分析和设计。本系统采用ALTERA公司的CycloneII系列FPGA芯片EP2C70F896C6为核心,构建基于SOPC的实时图像处理系统,使用SOPC Builder内部自带的Nios II软核处理器作为总控制器,采用CCD摄像头和ADV7180视频解码芯片组成实时图像采集系统,并将采集到的视频图像经过图像数字化、解码后存储到SRDAM帧缓冲器中,然后再通过Avalon总端口将视频图像从SDRAM中读取出来,经过格式转换和空间转换后同时送到VGA控制器模块和运动目标检测模块。视频格式转换模块首先对视频图像进行格式转换,之后将转换好的RGB空间数据送到VGA控制器中,最后通过显示器显示出来;视频图像送到运动目标检测与跟踪模块后,按照设定的目标分割与跟踪算法,把运动目标从背景图像中检测出来并对目标进行跟踪。经过对系统调试、验证,本系统较好的实现了实时图像数据的采集、存储、显示以及目标检测与跟踪的功能,具有开发周期短,速度快,通用性好等优点。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题研究的目的及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  10-12
  1.3 研究的内容与章节安排  12-14
    1.3.1 课题研究的内容  12
    1.3.2 论文结构与章节安排  12-14
2 系统总体设计  14-22
  2.1 FPGA 设计  14-17
    2.1.1 FPGA 介绍  14-15
    2.1.2 FPGA 设计流程  15-17
    2.1.3 FPGA 开发软件Quartus II  17
  2.2 FPGA 芯片的选择  17-18
  2.3 帧缓冲器的比较与选择  18-19
  2.4 视频解码芯片ADV7180  19-20
  2.5 系统原理结构框图与工作原理  20-22
3 SOPC 设计  22-32
  3.1 SOPC 相关知识  22-24
  3.2 SOPC 的开发环境与设计流程  24-25
  3.3 Avalon 总线  25-29
    3.3.1 Avalon 总线相关术语与概念  25-26
    3.3.2 Avalon 主端口传输  26-27
    3.3.3 Avalon 从端口传输  27-29
  3.4 实时图像处理系统的SOPC 设计  29-32
4 实时图像采集系统  32-44
  4.1 视频信号标准概述  32-36
    4.1.1 全电视信号概述及我国电视信号标准  32-33
    4.1.2 模拟视频信号标准  33-34
    4.1.3 数字视频信号标准  34-36
  4.2 实时图像采集系统设计  36-37
  4.3 视频解码芯片ADV7180 初始化  37-40
    4.3.1 视频解码芯片的 I2C 总线配置  37-38
    4.3.2 I2C 总线控制器  38
    4.3.3 视频解码芯片的工作寄存器参数配置  38-40
  4.4 视频解码  40-44
    4.4.1 数字视频数据格式  40-42
    4.4.2 有效视频分量的提取  42-44
5 图像存储系统与VGA 显示  44-62
  5.1 SDRAM 帧缓冲器工作原理  44-46
  5.2 SDRAM 控制器设计  46-51
    5.2.1 SDRAM 控制器工作原理  46-49
    5.2.2 FIFO 存储原理  49-51
  5.3 数据格式与空间转换  51-56
    5.3.1 隔行扫描转换为逐行扫描  52-53
    5.3.2 YCbCr4:2:2_YCbCr4:4:4 转换模块  53-55
    5.3.3 YCbCr 空间到RGB 空间的转换  55-56
  5.4 VGA 显示  56-62
    5.4.1 常用的VGA 标准介绍  56-59
    5.4.2 图像显示模块  59-60
    5.4.3 VGA 时序仿真  60-61
    5.4.4 实时图像显示结果  61-62
6 运动目标检测  62-80
  6.1 静态背景下运动目标的分割方法  63-69
    6.1.1 基于阈值的图像分割法  63-66
    6.1.2 基于区域的图像分割法  66-67
    6.1.3 背景差分法  67-69
  6.2 运动目标检测方案设计  69-73
    6.2.1 运动目标检测方法的选择  69-70
    6.2.2 背景差分法分割图像的验证  70-72
    6.2.3 算法设计与实现  72-73
  6.3 基于形心跟踪窗的目标跟踪法  73-77
    6.3.1 形心跟踪窗跟踪原理  73-75
    6.3.2 运动目标估计算法  75-77
  6.4 目标检测与跟踪结果分析  77-80
    6.4.1 运动目标检测结果  77-78
    6.4.2 运动目标跟踪结果  78-80
7 总结与展望  80-82
  7.1 论文总结  80-81
  7.2 展望  81-82
参考文献  82-84
攻读硕士学位期间发表的学术论文  84-85
致谢  85-86

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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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