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基于FPGA的的图像融合系统设计研究

作　者: 冯伟昌
导　师: 林玉池
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 像素级图像融合 FPGA Verilog硬件描述语言 模块化设计
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


虽然图像融合已经成为近年来研究的热点,但是国内外对图像融合技术的研究还不够深入和系统,目前尚未形成完整和统一的理论框架。为此,结合图像融合的基本理论和FPGA的设计方法,对现有的实现图像处理的几种硬件模式进行分析,提出以FPGA作为核心器件来构建图像融合系统的设计思路。可见光传感器和红外热像仪分别采集可见光和红外视频图像信号,经视频线送至ADV7180芯片后解码为符合BT.656标准的数字视频信号,采用Verilog硬件描述语言和Quartus II自带的宏模块完成各模块的逻辑设计和时序控制,在FPGA内实现简单的像素级图像融合算法,并通过实验验证了系统设计的正确性。整个系统可划分为初始化模块、视频采集模块、色彩空间转换模块、图像存储模块、图像融合模块以及图像显示模块。初始化模块通过设计I2C总线控制器来完成对ADV7180芯片的寄存器配置;视频采集模块根据ADV7180中PAL制和NTSC制的不同时序分别设计了PAL制和NTSC制视频检测模块,并根据BT.656视频标准完成了视频解码模块的设计;色彩空间转换模块将输出的YCbCr数据转换成了适合图像处理的RGB数据;图像存储模块利用FPGA内嵌的RAM块来设计四个FIFO缓存器,并在此基础上完成了SDRAM控制器的设计,将其模拟成了一个具有四端口的可读可写的存储器件,从而实现了图像RGB数据的存储和图像帧的缓冲;图像融合模块以灰度值加权平均融合算法为例,提出了实现该算法的思路和时序优化方法,并给出了优化前和优化后的FPGA的电路原理图;图像显示模块设计了一种三线式串行总线控制器来完成LTM寄存器的配置,并利用状态机实现了LTM的时序控制。通过模块综合、算法对比、图像采集、图像融合等实验,验证了系统各模块设计的正确性,初步构建起一种基于FPGA的图像融合系统,为今后进一步的研究图像融合技术提供硬件平台。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 课题背景和意义  7-8
  1.2 国内外发展现状  8-11
  1.3 本文的主要内容  11-12
第二章 图像融合理论与系统总体设计  12-26
  2.1 图像融合理论  12-15
    2.1.1 图像融合的层次  12
    2.1.2 图像融合的流程  12-13
    2.1.3 图像融合质量评价  13-15
  2.2 FPGA 设计基础  15-21
    2.2.1 FPGA 的基本结构  15-16
    2.2.2 设计语言和设计流程  16-20
    2.2.3 FPGA 的基本设计原则  20-21
  2.3 系统的总体设计  21-25
    2.3.1 设计思路  21-22
    2.3.2 硬件组成  22-23
    2.3.3 模块划分  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 视频采集和处理模块的FPGA 设计  26-43
  3.1 初始化模块  26-31
    3.1.1 I~2C 总线控制器  26-28
    3.1.2 ADV7180 的配置  28-31
  3.2 视频采集模块  31-38
    3.2.1 复合视频信号  32-34
    3.2.2 视频解码模块  34-38
  3.3 色彩空间转换模块  38-42
    3.3.1 两种色彩空间  39-40
    3.3.2 空间转换模块  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 图像存储和融合模块的FPGA 设计  43-64
  4.1 图像存储模块  43-52
    4.1.1 FIFO 控制器  43-45
    4.1.2 SDRAM 控制器  45-51
    4.1.3 数据写入和读出  51-52
  4.2 图像融合模块  52-57
    4.2.1 像素时钟同步  52-53
    4.2.2 像素级融合算法  53-54
    4.2.3 融合算法的硬件实现  54-56
    4.2.4 融合算法的仿真实验  56-57
  4.3 图像显示模块  57-63
    4.3.1 LTM 的配置  57-59
    4.4.2 LTM 的显示  59-62
    4.4.3 LTM 时序控制器  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章 系统实验分析与结论  64-81
  5.1 实验平台  64
  5.2 系统实验  64-80
    5.2.1 模块综合实验  64-68
    5.2.2 算法对比实验  68-74
    5.2.3 图像采集实验  74-75
    5.2.4 图像融合实验  75-79
    5.2.5 系统性能指标  79-80
  5.3 实验总结  80-81
第六章 全文总结与展望  81-83
  6.1 全文总结  81-82
  6.2 课题展望  82-83
参考文献  83-86
发表论文和参加科研情况  86-87
致谢  87

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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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