基于FPGA的實(shí)時(shí)Sobel邊緣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、圖像的邊緣是指圖像灰度變化劇烈的地方，具有豐富的信息量，所以在圖像處理技術(shù)中，圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)占據(jù)了重要的地位，在航天、交通、人工智能、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于圖像的信息量巨大，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中不易使用一般的串行軟件完成圖像處理，而硬件以其獨(dú)特的并行處理方式，提高了處理速度，為圖像處理技術(shù)提供了全新的工具。但是傳統(tǒng)的硬件處理系統(tǒng)存在價(jià)格高，難以重復(fù)使用的缺點(diǎn)，上個(gè)世紀(jì)八十年代XLINX公司發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)可編程門電路(Field Programm

2、able Gate Array，F(xiàn)PGA)以其高速的處理速度，豐富的邏輯資源和重復(fù)使用的靈活性，逐漸成為圖像處理技術(shù)的寵兒。
　　本文使用Cyclone IV FPGA芯片設(shè)計(jì)了基于Sobel算子的邊緣檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)劃分為六大模塊:時(shí)鐘控制模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、顯示模塊和按鍵控制模塊。系統(tǒng)工作時(shí)，時(shí)鐘控制模塊向其他模塊提供準(zhǔn)確的同步時(shí)鐘與全局復(fù)位信號(hào)。在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，圖像采集模塊開(kāi)始配置攝像頭寄存器并拼接

3、采集到的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像處理模塊中。數(shù)據(jù)在圖像處理模塊中經(jīng)過(guò)中值濾波、邊緣檢測(cè)和腐蝕膨脹操作后，送到緩存模塊。緩存模塊完成圖像處理模塊與顯示模塊之間的跨時(shí)鐘域傳輸，將信號(hào)傳入到視頻圖形陣列(Video Graphics Array，VGA)接口，并將邊緣檢測(cè)結(jié)果顯示在屏幕上。按鍵控制模塊用來(lái)控制邊緣檢測(cè)的閾值大小，完成可變閾值的邊緣檢測(cè)。
　　設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于攝像頭寄存器的配置，Sobel算法的實(shí)現(xiàn)和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(S

4、ynchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)的控制。設(shè)計(jì)中使用移位寄存器簡(jiǎn)化了像素鄰域的生成，同時(shí)使用一種快速的中值濾波算法，加快了系統(tǒng)處理速度。在邊緣檢測(cè)時(shí)，使用外置按鍵實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)閾值邊緣檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)后使用腐蝕膨脹算法加強(qiáng)了邊緣檢測(cè)的結(jié)果。在SDRAM控制器中使用乒乓Bank緩存方式提高了圖像輸出的流暢度和SDRAM存儲(chǔ)資源的利用率。
　　各個(gè)模塊通過(guò)Modelsim仿真驗(yàn)證功能，