目 录
第一章 绪论……………………………………………………............................................1
1.1课题的研究背景和选题意义…………………………………………………..
1.2 FPGA概述………………………………………………
1.3 图像处理应用概述……………………………………………..
1.4 论文的主要研究内容及章节安排…………………………………………….
第二章 硬件平台简介…………………………………………………………..
2.1 DE1开发板……………………………………………………
2.2 CycloneII系列芯片简介………………………….
2.3 THDB-D5M摄像头………………………….
2.4 TRDB_LTM液晶屏…………………………….
第三章 基于梯度的边缘检测算法……………………….
3.1 Roberts算子………………………
3.2 Prewitt算子……………………
3.3 Sobel算子……………………………………
3.4 方向算子…………………………..
3.5 本设计采用的检测算法…………………………….
第四章 系统结构分析…………………………..
4.1 系统工作流程介绍…………………………………
4.2 系统结构框图…………………………………
4.3 重要模块介绍…………………………………
4.4 乒乓操作时序研究…………………………………
第五章 系统设计与实现……………………………………
5.1复位模块设计…………………………………………
5.2 D5M摄像头的配置模块设计……………………….
5.3 像素数据的格式转换………………………………………
5.4 FIFO的配置与测试……………………………….
5.5 片上RAM的配置与仿真………………………………
5.6 亮度处理器的设计……………………………………..
5.7 边缘处理器的设计…………………………………………….
5.8 LCD驱动模块设计……………………………………….
5.9 系统设计与实现结果………………………………………..
结论……………………………………………
参考文献…………………………
附录1……………………………
附录2……………………………
附录3……………………………
附录4……………………………
附录5……………………………
附录6……………………………
致谢…………………………………………………………………..
结 论
本文在深入研究实时图像处理流程的基础之上，提出了乒乓操作方式的系统体系结构，并从硬件上圆满的实现了系统功能。其中的主要工作有：
1. 对硬件平台的研究。
为了能够正确使用摄像头和LCD显示器，必须详细的掌握其驱动方式。其中的时序波形的研究是驱动模块设计的关键。对于摄像头不但要搞清楚各种同步信号的协作关系，为后续模块的捕获和鉴别数据功能的设计提供依据，而且要通过I2C实现各种模式的配置。对于LCD要考虑系统资源允许的分辨能力而且还要兼顾有较好的显示效果，以及主动读取RAM的能力等技术环节。
2. 处理器的设计。
本系统中包含了自行设计的两个处理器模块，专门用于亮度与边缘检测。其复杂度在本系统中各模块中算是最大的。通过细致的状态定义与分析，并考虑到无处不在的延迟因素，成功的实现了预期的功能。
3. 各种存储器的时序分析。
为了在单片上实现系统功能，并考虑特殊的系统结构，采用了片上存储器方式。由于系统的工作时钟在50MHz，FPGA的延迟大约有半个时钟周期，会极大的影响各模块的工作时序，所以对所有存储器都进行了细致的延迟研究，获得建立时间和保持时间，保证处理器正确无误的读写各存储器。
4. 各模块的VHDL代码实现。
所有模块都VHDL硬件描述语言编译、综合实现，并保存有完好的文档备份。为今后进一步的研究奠定基础。
本系统的设计还有一定得不足，有待后续工作进行改进。其中主要有两点：
1. 通过片外RAM或更大的嵌入式RAM提升图像质量
本系统最终有效分辨率只有256列×128行，只有4阶亮度，导致摄像头的视角很小，并在不同光暗条件下检测效果差异较大。这完全是因为FPGA存储空间有限导致的，希望今后能够采用片外RAM或更大规模的FPGA来提高图像分辨率和灵敏度。
2. 采用更好的边缘检测算法
设计结果已经完全验证了系统结构和处理器的可靠性。多级流水线设计的成功保证了可以通过硬件实现更好的边缘检测算法，使检测的效果得到质的提升。
