以FPGA为基础的玻璃缺陷图像采集处理系统方案详解

玻璃缺陷在线检测系统设计玻璃制造过程中的缺陷会对产品质量产生重大影响，因此在玻璃制造过程中对缺陷进行在线检测是非常重要的。

本文将针对玻璃缺陷在线检测系统进行设计，以确保产品质量，并提高生产效率。

1.系统概述2.系统架构-图像采集模块：该模块用于采集玻璃表面图像，并将图像传输给图像处理模块。

可以采用相机等设备进行实时采集，也可以采用图像数据库进行离线处理。

-图像处理模块：该模块对采集到的图像进行预处理，包括图像去噪、图像增强、边缘检测等操作，以提高缺陷的检测效果。

-缺陷检测模块：该模块通过对预处理后的图像进行特征提取和分类，来判断图像中是否存在缺陷。

可以采用机器学习算法，如卷积神经网络（CNN）等进行缺陷检测。

-结果显示模块：该模块将缺陷检测的结果以图像或文字形式显示给操作员或自动控制系统。

显示结果可以包括缺陷位置、缺陷类型、缺陷严重程度等信息。

3.系统工作流程-图像采集：系统通过图像采集模块实时或离线地采集玻璃表面图像。

-图像预处理：采集到的图像经过图像处理模块进行预处理，包括去噪、增强和边缘检测等操作，以提高缺陷的检测效果。

-特征提取：预处理后的图像通过特征提取算法提取关键特征，如纹理特征、形状特征等，以用于缺陷分类。

-缺陷分类：特征提取后的图像通过机器学习算法进行缺陷分类，判断图像中是否存在缺陷，并确定缺陷类型和严重程度。

-结果显示：缺陷检测的结果通过结果显示模块以图像或文字形式显示给操作员或自动控制系统，以便及时采取相应的措施。

4.系统优化为了提高检测系统的性能和可靠性，可以考虑以下优化：-算法优化：针对不同类型的玻璃缺陷，设计和优化合适的特征提取算法和机器学习算法，以提高检测的准确性和效率。

-数据集构建：采集一定数量和多样性的玻璃缺陷图像，并标注缺陷位置和类型，构建起合适的训练数据集，以提高缺陷检测的泛化能力。

-实时性要求：对于需要实时监测的生产线，系统需要具备高速图像处理和缺陷检测的能力，保证检测结果的实时性。

基于机器视觉的玻璃瓶口缺陷检测方法随着工业化的发展，玻璃瓶已经成为了我们生活中不可或缺的物品之一。

然而，由于生产过程中的各种原因，玻璃瓶口上可能会出现一些缺陷，这些缺陷会影响到瓶子的密封性能，从而影响到产品的质量。

因此，如何快速、准确地检测玻璃瓶口的缺陷，成为了一个亟待解决的问题。

近年来，基于机器视觉的玻璃瓶口缺陷检测方法逐渐成为了研究的热点。

这种方法利用计算机视觉技术，通过对瓶口图像的处理和分析，来实现对瓶口缺陷的检测。

具体来说，这种方法主要包括以下几个步骤：1. 图像采集：利用相机等设备对玻璃瓶口进行拍摄，获取瓶口图像。

2. 图像预处理：对采集到的图像进行预处理，包括去噪、灰度化、二值化等操作，以便于后续的图像分析。

3. 特征提取：利用图像处理技术，提取瓶口图像中的特征信息，如边缘、角点等。

4. 缺陷检测：根据提取到的特征信息，结合一定的算法模型，对瓶口图像进行缺陷检测。

5. 结果输出：将检测结果输出，以便于后续的处理和分析。

基于机器视觉的玻璃瓶口缺陷检测方法具有以下优点：1. 高效性：利用计算机视觉技术，可以快速、准确地对瓶口缺陷进行检测，大大提高了检测效率。

2. 自动化：该方法可以实现自动化检测，减少了人工干预，降低了人工误差。

3. 精度高：利用图像处理技术，可以对瓶口图像进行高精度的分析和处理，从而实现对瓶口缺陷的精准检测。

4. 可靠性高：该方法可以避免人为因素对检测结果的影响，提高了检测结果的可靠性。

总之，基于机器视觉的玻璃瓶口缺陷检测方法是一种高效、自动化、精度高、可靠性高的检测方法，可以有效地提高玻璃瓶生产的质量和效率。

随着计算机视觉技术的不断发展，相信这种方法在未来会得到更广泛的应用和推广。

基于FPGA的图像采集系统设计与实现摘要现在是科技迅速发展的年代，数字图像处理技术在这个年代中得到了迅猛的发展并在各行各业得到了广泛的应用。

可编程逻辑器件(FPGA)凭借其较低的开发成本、较高的并行处理速度、较大的灵活性及其较短的开发周期等特点，在图像处理系统中有独特的优势。

针对视频图像采集的可靠性和实时性，本设计采用Altera公司生产的CycloneⅡEP2C8Q208C8NK芯片，先由CCD图像传感器采集模拟信号，在经过芯片TVP5150将模拟量转换为标准的YUV4:2:2的数据信号，把数据信号输入到FPGA芯片中并在其中将该数据转换到RGB色域后在输出到ADV7123芯片进行D/A转换，最后经过VGA接口电路把处理过的图像呈现在显示屏上。

经过相关的调试工作，系统通用性比较好，并且移动性能也不错。

该系统的软件部分采用自顶向下的设计方法，模块化设计思想，硬件语言编程，只修改源程序，不必更改硬件电路，就可实现在线编程，实时控制，从而有效地减少系统的体积，不但增加了系统可靠性，降低研制成本，并且能够对控制逻辑进行修改升级，十分灵活。

该系统包括三个功能模块：图像采集模块、图像处理模块、图像显示模块。

关键词：FPGA；TVP5150；RGB色域；ADV7123芯片Image acquisition system based on FPGA design andimplementationAbstractIt is the rapid development of science and technology, digital image processing technology has been rapid development in this era and has been widely used in all walks of life, and the maturity of FPGA technology has changed the commonly used parallel computer or digital signal processor (DSP), a special integrated circuit (ASIC) as the embedded processor usage. Programmable logic device (FPGA) with its low cost, high parallel processing speed, flexibility and short development cycle and other characteristics, has its unique advantages in image processing system. The project demand, this paper presents a solution of image acquisition and processing system based on FPGA, and the use of low cost and high performance of Altera company's CyclonelI series FPGA EP2C8Q208C8N as the core, design and development of integrated system of hardware and software of image acquisition and processing.In view of the reliability of video image acquisition and real-time performance, this paper describes how to FPGA for video acquisition system control. Using Cyclone Ⅱ EP2C8Q208C8NK chip produced by Altera company, is responsible for receiving and processing video data from the TVP5150 decoding, converts the data into RGB color gamut in the output to the ADV7123 chip. After debugging, the system better generality, and mobile performance is also good.Keywords：FPGA；TVP5150；RGB color gamut；ADV7123 chip目录1 前言 (1)1.１课题背景与意义 (1)1.2研究的现状及特点 (2)1.３研究的主要内容 (2)2 图像采集系统的硬件电路设计 (3)2.１采集系统硬件的总体设计 (3)2.2FPGA核心模块 (5)2.3外围电路 (6)2.4图像采集电路 (7)2.4.1图像传感器 (7)2.4.2A/D转换电路 (8)2.5图像显示电路 (8)3 图像采集系统的软件设计 (11)3.1系统的设计环境 (11)3.2设计的主要流程 (12)3.3设计内部数据量的变换 (12)3.3.1IIC数据总线 (12)4 调试 (17)参考文献 (18)致谢 (19)附录 (20)1 前言1.1 课题背景与意义随着多媒体技术在各个应用领域不断普及，用户会不断要求新产品具有更大的图像容量、更高的图像质量和更快的图像处理速度，这为图像的存储和处理提出了更高的要求。

基于FPGA的图像采集处理系统在现代科技领域，特别是计算机视觉和机器学习领域，图像采集和处理已经成为一项至关重要的任务。

在许多应用中，需要快速、准确地对图像进行处理，这推动了图像采集和处理系统的研究和发展。

现场可编程门阵列（FPGA）作为一种可编程逻辑器件，具有并行处理能力强、功耗低、可重构等优点，使其成为构建高性能图像采集处理系统的理想选择。

FPGA是一种可通过编程来配置其硬件资源的集成电路，它由大量的可配置逻辑块、内存块和输入/输出块组成。

这些逻辑块和内存块可以在FPGA上被重新配置，以实现不同的逻辑功能和算法。

输入/输出块可以用于与外部设备进行通信。

基于FPGA的图像采集处理系统通常包括图像采集、预处理、传输、主处理和输出等几个主要环节。

这个阶段主要通过相机等设备获取图像数据。

相机与FPGA之间的接口可以是并行的，也可以是串行的。

并行接口通常传输速度更快，但需要更多的线缆；串行接口则使用更少的线缆，但传输速度可能较慢。

这个阶段主要是对采集到的原始图像数据进行初步处理，如去噪、灰度化、彩色化等。

这些处理任务可以在FPGA上并行进行，以提高处理速度。

经过预处理的图像数据需要通过接口或总线传输到主处理单元（通常是CPU或GPU）进行处理。

在传输过程中，可以使用DMA（直接内存访问）技术，以减少CPU的负载。

在这个阶段，主处理单元（通常是CPU或GPU）会对传输过来的图像数据进行复杂处理，如特征提取、目标检测、图像识别等。

这些处理任务需要大量的计算资源和算法支持。

处理后的图像数据可以通过接口或总线传输到显示设备或用于进一步的处理。

基于FPGA的图像采集处理系统具有处理速度快、可重构性强、功耗低等优点，使其在许多领域都有广泛的应用前景。

特别是在需要实时图像处理的场景中，如无人驾驶、机器视觉等，基于FPGA的图像采集处理系统将具有更高的性能和效率。

随着FPGA技术和相关算法的发展，我们可以预见，基于FPGA的图像采集处理系统将在未来得到更广泛的应用和推广。

1、引言视频图像采集是视频信号处理系统的前端部分，正在向高速、高分辨率、高集成化、高可靠性方向发展。

图像采集系统在当今工业、军事、医学各个领域都有着极其广泛的应用，如使用在远程监控、安防、远程抄表、可视电话、工业控制、图像模式识别、医疗器械等各个领域都有着广泛的应用[1]。

本文介绍了一种基于FPGA的图像采集系统，用户可以根据需要对FPGA 内部的逻辑模块和I/O 模块重新配置,以实现系统的重构[1][2]；而且采用这种设计方案,便于及时地发现设计中的错误,能够有效地缩短研发时间，提高工作效率。

2、系统的总体框架和工作原理整个系统主要分为四个模块：视频解码模块、视频编码模块、存储器模块和FPGA核心控制模块，系统总体框架如图1所示。

其中FPGA实现的主要功能有：视频编解码器件的初始化，视频图像的采集存储以及将采集的图像数据通过视频编码芯片送到监视器上显示。

系统的工作原理为：系统上电后，FPGA通过FLASH中的程序对完成视频解码和编码芯片的初始化配置；在接到视频AD转换的中断信号后，FPGA将转换的数字图像数据传送到SRAM保存；一帧图像转换结束后FPGA再将SRAM 中的数字图像传递给视频编码芯片以便在监视器上显示，同时开始控制下一帧图像的采集。

3、硬件电路设计3.1 AD和DA转换模块本系统采用的视频编解码芯片是ADV7181和ADV7177，下面分别介绍AD和DA转换器件的硬件电路设计。

3.1.1 AD转换模块ADV7181系统是AD公司推出的一款视频解码芯片[3]，它具有如下特点：I2C总线接口，6通道模拟视频输入，支持NTSC、PAL、SECAM视频制式，支持多种模拟输入格式和多种数字输出格式。

本系统中选用其中的通道1作为PAL制CVBS视频输入，数据输出可根据需要采用8位或16位的格式输出。

ADV7181与FPGA的接口电路如图2所示。

系统上电后通过FPGA的I2C模块完成对ADV7181的初始化配置，其中ADC_SCLK、ADC_SDATA分别为I2C总线的时钟线和数据线。

基于FPGA的图像处理系统设计与实现图像处理是计算机视觉领域中的重要技术之一，可以对图像进行增强、滤波、分割、识别等操作，广泛应用于医学图像处理、工业检测、安防监控等领域。

而FPGA（Field Programmable Gate Array）可编程门阵列，则是一种自由可编程的数字电路，具有并行处理能力和灵活性。

本文将介绍基于FPGA的图像处理系统的设计与实现。

一、系统设计流程1. 系统需求分析：首先需要明确图像处理系统的具体需求，例如实时性、处理的图像类型、处理的算法等。

根据需求，选择合适的FPGA芯片和外设。

2. 图像采集与预处理：使用图像传感器或摄像头采集图像数据，然后对图像进行预处理，如去噪、增强、颜色空间转换等，从而提高后续处理的准确性和效果。

3. 图像处理算法设计与优化：根据具体的图像处理需求，选择适合的图像处理算法，并对算法进行优化，以提高处理速度和效率。

常用的图像处理算法包括滤波、边缘检测、图像分割等。

4. FPGA硬件设计：基于选定的FPGA芯片，设计硬件电路，包括图像存储、图像处理模块、通信接口等。

通过使用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行功能模块设计，并进行仿真和验证。

5. 系统集成与编程：将设计好的硬件电路与软件进行集成，包括FPGA程序编写、软件驱动开发、系统调试等。

确保系统的稳定运行和功能实现。

6. 系统测试与优化：对整个系统进行完整的测试和验证，包括功能性测试、性能测试、稳定性测试等。

根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的性能和可靠性。

二、关键技术及挑战1. FPGA芯片选择：不同的FPGA芯片具有不同的资源和性能特点，需要根据系统需求选择合适的芯片。

一方面需要考虑芯片的处理能力和资源利用率，以满足图像处理算法的实时性和效果。

另一方面，还需要考虑芯片的功耗和成本，以便在实际应用中具有可行性。

2. 图像处理算法优化：在FPGA上实现图像处理算法需要考虑到算法的计算复杂度和存储开销。

玻璃瓶瑕疵自动检测系统摘要本课题是研究玻璃瓶瑕疵自动检测系统，针对玻璃瓶检测的高速度、高精度、实时性的特点，本文主要利用数字图像处理技术及其方法研究一套玻璃瓶瑕疵检测系统，利用该检测系统提供的一些数字图像处理方法可以决速准确的判断出该图像是否为缺陷图像。

利用该检测系统所应用的技术设计出来的系统不受主观因素的影响，能快速、准确地检测产品，完成人工无法完成的检测任务，是现代化生产中不可缺少的工具。

本文详细地介绍了图像处理技术，验证了多种图像检测算法，我们提出了一种基于混合滤波器缺陷检测算法，并从理论和实验两方面对检测效果做了评价。

论文分析了各种模式识别方法，提出了玻璃瓶缺陷检测的具体方案。

方案利用聚类算法来提取缺陷，通过对缺陷特征的分析来识别玻璃瓶的好坏。

本系统的主要部分由CCD摄像机、图像采集卡和微型计算机组成。

CCD摄像机采集玻璃瓶图像，图像采集卡把玻璃瓶图像转换成计算机能识别和处理的数字图像，再通过计算机上的软件完成缺陷检测功能。

检测系统在实验阶段的检测精度已达到设计要求，较成功地实现了玻璃瓶缺陷的检测，能用于检测玻璃瓶的裂痕、气泡等缺陷。

关键词:图像处理缺陷图像分割模式识别特征提取AbstractThis paper studies the glass bottle defect detection system, for the high-speed, high precision and real-time features of glass bottle detection,this paper mainly uses the technologies and methods of digital image processing to research and develop a glass-crack inspecting system.We can judge whether the image is a crack or not from the digital image processing methods that the inspecting system applies us.The detection system, which designed with this technique, won’t b e influenced by subjective factors. It can detect the product fleetly and accurately that the human can’t do. It is an indispensable tool in modernization production.This paper introduces image processing technique detailedly.Demonstrating a variety of image detection algorithm, we propose a defect detection algorithm based on hybrid filter, and have evaluated the testing results from both theory and experiment.The paper analyses a variety of pattern identification technique and raises a specific scheme for the detection of the glass bottle blemish. The scheme uses the clustering arithmetic to distill blemish, and identifies the glass bottle by analyzing the character of blemish.This system’s hardware is mainly composed of CCD camera, image capture card and computer. The image of glass bottle is collected by CCD camera, and turned to digital images that can be identified with computer by image capture card, and identify glass bottles’blemish with the software in the computer. The detection system has successfully realized the blemish detection of bottles. It reaches the detection precision needed in experimental conditions and can detect the blemish of glass bottles, such as crack, bleb, etc.Keywords: Image Processing；Blemish；Image segmentation；Pattern Identification；Feature Extraction1绪论2系统结构3图像处理（图片比较）4数据处理5结论6参考文献第一章绪论1.1 本课题的提出随着时代的发展，科技的进步，人们对工业产品的数量和质量要求越来越高，传统意义上的检测技术与飞速发展的工业要求之间的矛盾日益突出。

Image & Multimedia Technology •图像与多媒体技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 65【关键词】FPGA 成像系统 疵点 疵点补偿1 引言现场可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array , FPGA ）具有显著的灵活性和可再编写性等独特的技术优势。

目前，基于计算机软件的图像处理理论与后处理技术已经非常成熟，但其不利于系统的实时化。

相比于图像采集的后处理、FPGA 不但能够对图像进行实时处理、还能减小数据上传压力，具有非常重大的意义。

基于FPGA 的图像疵点处理设计与实现文/吴海游 孙艳娜 左弟俊在成像与跟踪识别系统中，过多疵点不仅严重影响成像系统的成像质量，而且还会引起对有效目标的错误跟踪与识别，因此非常有必要对图像的疵点进行处理。

传统方法是计算机软件处理图像疵点，整个过程需要开发计算机软件，增加额外的数字图像采集设备，而且该方法不适用于模拟成像系统。

因此本文提出一种利用FPGA 在线处理疵点的方法，主要包括子图划分、疵点坐标分时计算、排序与存储、疵点流水线补偿等过程。

2 原理设计在成像系统中，针对不同的需求，图像疵点判断标准有细微的差别。

但其主要思想和依据为：强光照条件下，将灰度偏离图像平均灰度X1的像素判定为疵点，在无光条件下，灰度高于平均灰度X2的像素判定为疵点。

一般来说，采用二维平面坐标系来表示每个像素CCD 摄像机采集车牌的图片，以触发式和连续式两种采集方式为主。

触发式采集是在车辆经过摄像机设备时，触发图像进行采集。

连续式采集是不断的进行采集，通过算法判断图中是否有汽车经过。

两种方式比较，后者的成本比较低，也是广泛应用的。

4.2 移动终端的车牌识别系统传统的车牌识别系统在采集时收到场地等的限制，基于移动终端的车牌识别系统通过移动终端的摄像头进行采集车牌图像，整个过程都能够通过手机等移动设备进行操作，最终识别输出结果。

2012年8月第22期科技视界SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界Science &Technology Vision0引言在安全玻璃的缺陷检测中,通常被检对象的尺寸很小,约为40μm 数量级。

检测系统不仅需要确定缺陷位置,还要精确测定其外形特征,结合光学特征进一步判断缺陷的性质。

因此,检测平台的几何尺度测量必须有很高的精度。

为之,在设计的检测系统中采用了光栅位移传感器作为测试手段。

光栅位移传感器(即光栅尺)是进行高精度位移测量的最常用的装置,它将位移量通过光栅的透射转换成莫尔条纹的移动,然后经光电转换电路转换成电信号输出。

当主光栅与指示光栅相对移动一个条纹距离时,输出的电信号变化一个周期。

通过对信号变化周期的测量,进而测出移动的距离。

1光栅尺接口信号及电路功能要求方波输出的光栅尺,所输出的电信号通常包括有A 相、B 相和Z 相三个方波,其中A 相信号为主信号,B 相为副信号,两个信号的周期相同,相位差90。

Z 相信号作为校准信号,用以消除累积误差。

若光栅尺正向运动时,A 信号超前B 信号,在A 信号下降沿,B 信号为“1”;当光栅尺反向运动时,A 信号滞后B 信号,在A 信号下降沿,B 信号为“0”;根据读到的B 信号的数据并对A 信号的周期进行计数(正向计数或逆向计数),就可以测算出总位移[1]。

图1光栅尺的输出信号光栅尺的测量精度受栅线密度的限制。

用电路信号细分的方法可以提高测量精度。

故需设计光栅尺专用的接口电路,完成细分辨向、可逆计数和数据传输等任务。

实现上述功能有多种硬件方案可供选择。

我们采用美国Altera 公司的Cyclone II 系列的EP2C5T144C8N (FPGA 芯片)完成信号处理,采用南京沁恒公司的CH372(USB 总线的接口芯片)实现FPGA 与PC 机的数据传递,较好地实现了上述目标。

2核心电路设计2.1细分辨向电路根据光栅尺的工作原理,动尺每移动一个栅距,其A、B两路输出方波变化一个周期。

基于FPGA的图像处理系统基于FPGA的图像处理系统一、引言在当代社会中，图像处理技术已广泛应用于各个领域，如医学影像、自动驾驶、安防监控等。

图像处理系统的实现要求高效、实时、稳定，而传统的软件实现方式在处理速度和实时性方面存在局限性。

因此，基于可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）的图像处理系统应运而生。

本文将介绍基于FPGA的图像处理系统的原理、设计和应用。

二、基于FPGA的图像处理系统原理FPGA是一种可编程的硬件设备，具有可重构性的特点，用户可以通过编程对FPGA进行逻辑电路的配置。

基于FPGA的图像处理系统将图像处理任务转化为逻辑电路的实现，通过并行计算和密集的硬件资源，提供了高性能和高速度的图像处理能力。

1. FPGA的工作原理FPGA由一系列可编程的逻辑单元（Logic Cell）和可编程的可输入/输出块（Input/Output block）组成。

用户可以通过硬件描述语言（HDL）对FPGA进行编程，从而实现所需的逻辑功能。

2. 基于FPGA的图像处理流程基于FPGA的图像处理系统的核心是使用FPGA对图像进行分析和处理。

其处理流程包括图像输入、预处理、特征提取、特征分析和图像输出等基本步骤。

（1）图像输入：将需要处理的图像输入到FPGA，通常使用摄像头或者传感器获取实时图像。

（2）预处理：对输入的图像进行预处理，例如去噪、灰度化、增强对比度等操作。

这些预处理操作旨在减少噪声和提高图像质量，为后续的特征提取和分析提供更好的数据基础。

（3）特征提取：通过对图像进行边缘检测、角点检测、纹理分析等操作，提取图像中的重要特征。

特征提取是图像处理中的关键步骤，其结果能够反映出图像的本质信息。

（4）特征分析：根据提取的特征，对图像进行分析和处理。

可以进行目标检测、物体识别、人脸识别等任务。

（5）图像输出：将经过处理后的图像输出，通常通过显示器、视频录制设备等方式展示结果。

图４．２玻璃图像平整的没有缺陷的玻璃图像整个看起来应该是均匀的，每个像素的值都应该是一样的；有了缺陷之后，如果没有别的干扰的存在，均匀的图像上面就只出现了缺陷的图像，缺陷在平整玻璃的背景下就突出显示出来，把缺陷从背景下提取出来，加以处理、识别，即是本课题研究的主要内容。

但是由于各种干扰的存在，玻璃图像难免会出现一些噪声，这些从图中也可以看出来，噪声也同样在玻璃大背景下突出显示出来，这就给识别工作增加了一定的障碍。

另外由于没有底光源，加上上部光照的偏斜，在图像上出现了缺陷的影子和摄像头的影子，如下图４．３中的黑点即是缺陷的影子，比缺陷本身还重，给识另０造成很大的障碍。

图４．３带缺陷阴影的玻璃图像由于原始玻璃图像出现以上这些对识别造成的干扰，所以有必要对原始玻璃图像进行一定的预处理。

３．加权平均值法：加权平均值法是根据三基色的重要性或其他指标给胄、Ｇ、丑赋予不同的权值，并使Ｒ、Ｇ、置它们的值加权平均，转换关系为：足：Ｇ；Ｂ：Ｇｒａｙ（ｉ，．，）：—Ｗｒ—Ｒ—（ｉ，—ｊ）—＋Ｗ—ｃ＿Ｇ＿（ｉ，—ｊ）—＋—ＩＶＢ—Ｂ一（ｉ，ｊ）（４．３）Ｊ其中％、％、％分别为Ｒ、Ｇ、Ｂ的权值。

％、阡，Ｇ、降名取不同的值，加权平均法就得到不同的灰度图像。

由于人眼对绿色的敏感度最高，对红色的敏感度次之，对蓝色的敏感度最低，因此使％＞％＞％，将会得到较合理的灰度图像。

实验和理论推导证明，当％；０．３、％；０．５９、％＝０．１Ｉ时，郎月：Ｇ：Ｂ：Ｇｒａｙ（ｉ，ｊ）：—０—．３—０—Ｒ—（ｉ—，ｊ—）—＋—０—．—５９—Ｇ：—（ｉ—，ｙ—）—＋—０—．—１Ｉ—Ｂ—（—ｉ，一ｙ）（４．４）时，能得到最合理的灰度图像１２４］。

这样得到的灰度图像比较逼真，使人看起来比较惬意。

用加权平均值法对一幅玻璃图像灰度化处理后的结果见下面图４．４：图４．４玻璃幽像的灰度化从图中可以看到，图像坎度图比较真实地显示了原来的真彩色图像。

用本程郑州大学硕士学位论文图４．５直方圈图４．４的灰度图的直方图如上图４．５（ａ）所示，图４．５（ｂ）是该图像灰度在１５０～２００之间的直方图，原来看不清的灰度分布，现在也都明显地显示出来了。

基于FPGA 的图像采集系统设计与实现摘要现在是科技迅速发展的年代，数字图像处理技术在这个年代中得到了迅猛的发展并在各行各业得到了广泛的应用。

可编程逻辑器件(FPGA凭借其较低的开发成本、较高的并行处理速度、较大的灵活性及其较短的开发周期等特点，在图像处理系统中有独特的优势。

针对视频图像采集的可靠性和实时性，本设计采用Altera 公司生产的Cyclone ⅡEP2C8Q208C8NK 芯片，先由CCD 图像传感器采集模拟信号，在经过芯片TVP5150将模拟量转换为标准的YUV4:2:2的数据信号，把数据信号输入到FPGA 芯片中并在其中将该数据转换到RGB 色域后在输出到ADV7123芯片进行D/A 转换，最后经过VGA 接口电路把处理过的图像呈现在显示屏上。

经过相关的调试工作，系统通用性比较好，并且移动性能也不错。

该系统的软件部分采用自顶向下的设计方法，模块化设计思想，硬件语言编程，只修改源程序，不必更改硬件电路，就可实现在线编程，实时控制，从而有效地减少系统的体积，不但增加了系统可靠性，降低研制成本，并且能够对控制逻辑进行修改升级，十分灵活。

该系统包括三个功能模块：图像采集模块、图像处理模块、图像显示模块。

关键词：FPGA ；TVP5150；RGB 色域；ADV7123芯片Image acquisition system based on FPGA design andimplementationAbstractIt is the rapid development of science and technology, digital image processingtechnology has been rapid development in this era and has been widely used in allwalks of life, and the maturity of FPGA technology has changed the commonly usedparallel computer or digital signal processor (DSP, a special integrated circuit (ASICas the embedded processor usage. Programmable logic device (FPGA with its lowcost, high parallel processing speed, flexibility and short development cycle and othercharacteristics, has its unique advantages in image processing system. The projectdemand, this paper presents a solution of image acquisition and processing systembased on FPGA, and the use of low cost and high performance of Altera company'sCyclonelI series FPGA EP2C8Q208C8N as the core, design and development ofintegrated system of hardware and software of image acquisition and processing.In view of the reliability of video image acquisition and real-time performance,this paper describes how to FPGA for video acquisition system control. Using Cyclone Ⅱ EP2C8Q208C8NK chip produced by Altera company, is responsible for receiving and processing video data from the TVP5150 decoding, converts the data into RGB color gamut in the output to the ADV7123 chip. After debugging, the system better generality, and mobile performance is also good.Keywords ： FPGA ；TVP5150；RGB color gamut；ADV7123 chip目录1 前言 (1)1. １课题背景与意义 (1)1.2 研究的现状及特点 (2)1. ３研究的主要内容 (2)2 图像采集系统的硬件电路设计 (3)2. １采集系统硬件的总体设计 (3)2.2 FPGA 核心模块 (5)2.3 外围电路 (6)2.4 图像采集电路 . (7)2.5 图像显示电路 (8)3 图像采集系统的软件设计 (11)3.1 系统的设计环境 (11)3.2 设计的主要流程 (12)3.3 设计内部数据量的变换 (12)4 调试 (17)参考文献 . (18)致谢 . (19)附录 . (20)1 1 前言1.1 课题背景与意义随着多媒体技术在各个应用领域不断普及，用户会不断要求新产品具有更大的图像容量、更高的图像质量和更快的图像处理速度，这为图像的存储和处理提出了更高的要求。

安全玻璃缺陷光学检测系统中的电路设计【摘要】在安全玻璃缺陷光学检测系统中，采用FPGA芯片以及USB接口芯片为光栅尺设计了智能接口模块，不但实现了X 轴及Y光栅信号的细分、辨向、位移测量, 还通过USB口方便快捷实现了与PC机的信息交换。

实际应用情况表明，该设计集成度高，使用方便，性能稳定可靠。

【关键词】安全玻璃；缺陷检测；光栅位移传感器；FPGA；USB０引言在安全玻璃的缺陷检测中，通常被检对象的尺寸很小，约为40μm数量级。

检测系统不仅需要确定缺陷位置，还要精确测定其外形特征，结合光学特征进一步判断缺陷的性质。

因此，检测平台的几何尺度测量必须有很高的精度。

为之，在设计的检测系统中采用了光栅位移传感器作为测试手段。

光栅位移传感器（即光栅尺）是进行高精度位移测量的最常用的装置，它将位移量通过光栅的透射转换成莫尔条纹的移动，然后经光电转换电路转换成电信号输出。

当主光栅与指示光栅相对移动一个条纹距离时，输出的电信号变化一个周期。

通过对信号变化周期的测量，进而测出移动的距离。

1光栅尺接口信号及电路功能要求方波输出的光栅尺，所输出的电信号通常包括有A相、B相和Z相三个方波，其中A相信号为主信号, B相为副信号, 两个信号的周期相同,相位差90。

Z 相信号作为校准信号，用以消除累积误差。

若光栅尺正向运动时，A信号超前B 信号,在A信号下降沿，B信号为“1”；当光栅尺反向运动时，A信号滞后B信号, 在A信号下降沿，B信号为“0”；根据读到的B信号的数据并对A信号的周期进行计数(正向计数或逆向计数), 就可以测算出总位移[1]。

图1光栅尺的输出信号光栅尺的测量精度受栅线密度的限制。

用电路信号细分的方法可以提高测量精度。

故需设计光栅尺专用的接口电路，完成细分辨向、可逆计数和数据传输等任务。

实现上述功能有多种硬件方案可供选择。

我们采用美国Altera公司的Cyclone II 系列的EP2C5T144C8N（FPGA芯片）完成信号处理，采用南京沁恒公司的CH372（USB总线的接口芯片）实现FPGA与PC机的数据传递，较好地实现了上述目标。

基于FPGA的图像预处理与显示系统设计分析摘要图像采集是图像预处理的关键部分，采集图像的速度和得到的图像质量的好坏将直接影响后续处理的效果。

图像采集的信息量大，实时性要求较高，运算比较简单，而FPGA在处理数据的速度方面占有很大的优势，适合应用于图像采集领域。

本文就是在此背景下，对视频图像采集进行了较深入的研究和探讨，阐述了视频图像采集的相关原理，完成了视频采集系统的设计研究。

关键词图像采集；显示；FPGA前言图像处理是对图像信息进行加工以满足人的视觉心理或应用需求。

图像处理的方法一般有光学方法和电子学方法。

采用光学方法处理图像信息已经有很长的发展历史，从应用光学技术进行简单的滤波到现在应用比较成熟的激光全息技术，光学处理理论正在逐渐完善，并且处理速度越来越快，信息容量逐渐增大，分辨率越来越高，还很经济。

图像预处理的数据量大，对于实时性要求比较高的场合，用软件来实现预处理会比较慢，达不到设计要求，因此，考虑采用高速的硬件系统结合开发软件来完成图像预处理。

1 FPGA的结构与工作原理FPGA采用可编程的查找表结构，LUT是可编程的最小逻辑构成单元。

大部分的FPGA采用基于SRAM的查找表逻辑结构，也就是用SRAM来构成逻辑函数发生器。

SRAM工艺的FPGA芯片不具备非易失性，断电后会丢失内部逻辑配置，因此在每次上电后，需要从外部非易失存储器PROM或Flash中导入配置比特流[9]。

FPGA具有较高的集成度，其器件密度可达数万门甚至数千万门，可完成复杂的时序逻辑电路和组合逻辑电路。

由于FPGA是通过存放在片内的RAM设置工作状态，在工作时就需要对片内RAM进行编程。

用户可以根据不同的配置模式选择不同的编程方式，FPGA的配置模式主要有以下几种：并行模式：采用并行PROM和Flash配置FPGA。

主从模式：利用一片PROM配置多片FPGA。

串行模式：通过串行PROM配置FPGA。

外设模式：FPGA为微处理器的外设，由微处理器对其完成编程。