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目标跟踪系统中图像预处理和消像旋处理的FPGA设计

作　者: 熊璟
导　师: 唐广
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: FPGA NiosⅡ嵌入式处理器 图像预处理 消像旋
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在数字信号处理的各种应用领域中,通常需要多个DSP协同处理完成各种结构复杂的功能算法,但多核DSP处理器面临速度问题、硬件结构不可重构性、存储器带宽等技术瓶颈,而FPGA可根据实际需求提供不同层次的灵活性,可以用来作为多核DSP处理器的一个很好的协处理器,能满足系统对实时性、速度和灵活性的要求。论文采用FPGA与双DSP组成的硬件平台来实现目标跟踪系统中的图像处理单元。依次完成了数据通信、图像预处理和消像旋处理等设计,并最终完成了各个模块和系统的调试验证。其中,(1)数据通信:包括链路口通信(即将数据送到各个DSP来实现数据处理,完成FPGA与DSP的数据通信接口的设计)和NiosII嵌入式处理器实现UART内核通信、双口RAM通信等功能;(2)图像预处理和消像旋处理:有效地解决由不相关图像信息的干扰或图像噪声的影响、实时状态显示等引起的图像识别率低、角度偏转、实时性差等问题;从系统的功能测试和调试结果可以看出,FPGA所做的图像预处理和消像旋处理既满足了实时性要求,也保证了图像效果。另外,链路口传输正常,系统跟踪功能也实现并达到跟踪响应时间在20ms的系统指标要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-13
  1.1 课题研究意义及其应用  9-10
  1.2 国内相关技术的研究动态  10-11
  1.3 课题的主要研究内容  11
  1.4 论文安排  11-13
第二章 系统硬件平台及基本原理  13-22
  2.1 硬件平台  13-15
  2.2 主要单元模块  15-19
    2.2.1 核心单元  15-16
    2.2.2 双核DSP 信号处理单元  16
    2.2.3 视频编/解码单元  16-18
    2.2.4 外部存储器单元  18-19
  2.3 视频图像信号及其传像基本原理  19-20
    2.3.1 视频信号概述  19-20
    2.3.2 视频信号的组成  20
  2.4 SOPC 嵌入式系统设计  20-22
第三章 系统设计框架及数据通信功能的设计  22-33
  3.1 系统设计要求  22
  3.2 系统设计思路及框架  22-24
  3.3 TS201 的链路口通信模块的设计  24-29
    3.3.1 链路口通信原理  24
    3.3.2 链路口发送模块设计  24-27
    3.3.3 链路口接收模块  27-29
  3.4 Nios Ⅱ 嵌入式处理器设计  29-33
    3.4.1 Nios Ⅱ 嵌入式处理器设计方法的研究与实现  29-30
    3.4.2 内核UART 的设计实现  30-33
第四章 图像预处理和消像旋处理的FPGA 设计  33-54
  4.1 I~2C 总线控制设计  33-35
    4.1.1 I~2C 总线协议及设计  33-34
    4.1.2 仿真结果  34-35
  4.2 中值滤波模块的FPGA 设计  35-37
    4.2.1 中值滤波原理  35-36
    4.2.2 中值滤波的实现方法  36-37
  4.3 边缘检测算法原理及实现  37-39
  4.4 3×3 窗口模块的FPGA 设计与实现  39-42
    4.4.1 3×3 窗口模块的设计思路  39-40
    4.4.2 3×3 窗口模块的仿真  40-41
    4.4.3 3×3 窗口模块的RTL 视图  41-42
  4.5 字符叠加模块的FPGA 设计  42-45
    4.5.1 字符叠加模块原理  42-43
    4.5.2 模块的设计与实现  43-45
  4.6 消像旋处理的FPGA 设计  45-54
    4.6.1 消像旋技术的研究和设计方案  45-47
    4.6.2 算法研究  47-49
    4.6.3 算法的FPGA 实现  49-54
第五章 FPGA 软硬件联调与结果分析  54-68
  5.1 硬件测试  54-55
  5.2 软硬件联调  55-65
    5.2.1 调试平台  55-56
    5.2.2 调试过程中遇到的问题及解决办法  56-57
    5.2.3 调试的主要工作及调试结果  57-65
  5.3 结果分析  65-68
    5.3.1 FPGA 占用资源情况  65-66
    5.3.2 性能分析  66-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 工作总结  68-69
  6.2 工作展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
攻硕期间取得的研究成果  73-74
附录: 载板实物图  74-75

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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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