基于FPGA的实时图像边缘检测系统设计（上）

本文介绍了基于FPGA设计的实时图像边缘检测系统，重点探讨了课题背景、图像边缘检测技术及FPGA技术的应用。内容包括FPGA在图像处理中的优势，图像边缘检测在各领域的应用，以及FPGA技术的国内外发展现状。文章还详细阐述了系统设计的主要内容，包括图像的实时采集，摄像头接口的时序分析，以及SCCB总线的特点和工作原理。

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今天给大侠带来基于FPGA的实时图像边缘检测系统设计，由于篇幅较长，分三篇。今天带来第一篇，上篇，话不多说，上货。

导读

随着科学技术的高速发展，FPGA在系统结构上为数字图像处理带来了新的契机。图像中的信息并行存在，因此可以并行对其施以相同的操作，使得图像处理的速度大大提高，这正好适合映射到FPGA架构中用硬件算法得以实现。

本篇阐述了基于FPGA设计一个能够实时采集、实时处理并实时显示的数字图像处理系统的设计思想和流程，分析了摄像头接口的时序；阐述了图像信息的捕获原理；详细介绍了图像边缘检测部分各模块的功能；重点介绍了具有去噪功能的中值滤波模块的设计；简单描述了边缘检测算子的选用；系统的介绍了SDRAM的工作原理以及控制方式；介绍了VGA时序；最后针对整个系统做了验证和总结，包括仿真波形的验证以及板级验证。

该系统基于实体FPGA开发板实现了图像数据的实时采集、实时边缘检测和实时显示，运行稳定，实时性能较高，从而也表明FPGA确实具有海量数据高速传输的能力。

本篇为本人当年的毕业设计部分整理，各位大侠可依据自己的需要进行阅读，参考学习。

第一篇内容摘要：本篇会介绍前言，包括课题研究的背景和意义、相关技术在国内外的发展现状及应用、图像边缘检测技术的主要应用、FPGA技术在国内外的发展现状及应用、系统设计的主要内容及方案、系统的设计流程。

还会介绍基于FPGA实现图像的实时采集部分，包括图像信息的实时采集，摄像头型号及其参数，SCCB总线特点及其工作原理，基于FPGA驱动摄像头接口，图像信息的实时捕获等相关内容。

一、前言

1.1 课题研究的背景和意义

信息化是本世纪最主要的特征之一，在这样一个信息化的时代，计算机显得尤为重要，在各行各业都起着举足轻重的作用。在图像处理领域，数字图像处理技术发展得尤为迅速，并广泛应用于航空航天、电子通信、医学等各个领域，随着技术的不断发展，新开发的产品在图像质量、图像存储容量以及图像处理速度等方面也都有了新的需求。数字图像处理，往往是基于像素进行一些运算，从而有效提高图像质量。在图像处理过程中，处理算法往往比较简单，然而由于参与运算的图像数据量大，大多数图像数据还需要多次重复使用，因此图像处理的速度便成为了整个系统设计的瓶颈。

目前，图像处理的算法研究已经日趋成熟，在这种背景下，有效提高图像处理的时效性，解决实际系统设计的瓶颈问题，便有了很大的应用前景。随着科学技术的高速发展，FPGA在系统结构上为数字图像处理带来了新的契机。图像中的信息并行存在，因此可以并行对其施以相同的操作，使得图像处理的速度大大提高，这正好适合映射到FPGA架构中用硬件算法得以实现。

数字图像处理技术包括图像增强、图像复原、模式识别等，图像中亮度变化明显的点可能就是边缘点，能够有效地检测出图像的边缘，将对图像的后续处理起到事半功倍的作用。通过边缘检测过程，我们可以保留图像中对象的边界信息，这在很大程度上减少了待处理的数据量，从而有效简化了图像的分析过程。

FPGA结构灵活、现场可编程、并行处理信息，兼顾速度和灵活性。另外，其通用性强、适于模块化设计、易于维护和扩展、开发周期较短，适合用来做实时图像处理。因此，基于FPGA设计一个基于VGA实时显示图像边缘检测信息的系统有着广泛的应用前景和深远的现实意义。