下载文档原格式
随着计算机技术和人工智能技术的快速发展,图像识别技术已成为人工智能的基础技术,它涉及的技术领域越来越广泛,应用越来越深入。
随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展,以形状为特征的图像识别在现代生产中的应用日益增加,不论是材料、工业自动化、遥感技术,还是产品质检都需要对形状进行检测。
因此,开发集图像信号的采集与处理于一体、具有高集成度、高保密性的图像处理系统将成为行业的发展趋势。
此外,基于32bit微处理器纯嵌入式系统的图像采集处理技术正处于方兴未艾阶段,发展前景广阔,可广泛应用于工业自动化生产、监护/防盗系统、机器人视觉等技术中。
SoPC技术是Altera公司提出的一种灵活、高效的SoC 解决方案,是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术。
本系统就是在这种背景下提出的。
其主要工作是设计一个实用的图像采集和处理平台,能完成目标图像的采集输入,并能对采集到的图像进行处理和识别。
1系统整体方案及硬件设计系统要求在FPGA片内利用SoPC技术实现便携式的图像采集与处理。
它通过对原始图像的扫描,经数字图像处理与识别后即可将得到的大容量的承载信息(包括文字、头像、指纹等个人信息在LCD上显示,并可通过USB接口将信息拷贝,或通过RS-232接口将信息上传给PC机,也可以通过GPRS将获得的信息方便快捷地发往数据中心作验证。
整个系统的核心部分是内嵌Nios II软核的FPGA,外围设备和芯片包括图像获取设备、显示器及片外SDRAM 和FLASH存储器、输入设备等。
系统结构框图如图1所示。
系统的工作过程是:系统配置完成后,视频获取设备获取视频图像,每帧图像经模数转换生成图像数据进入预处理模块,经预处理后的图像数据送入SDRAM存储器,由Nios II处理器进行图像的后续处理和控制。
处理后的图像经数模转换在监视器上实时显示。
1.1图像采集接口电路设计本系统采用美国OmiVision公司的数字式彩色CMOS图像传感器OV7640。
基于SOPC的实时图像处理系统的设计的开题报告一、选题背景及意义：随着科技的不断发展，图像处理技术得到了广泛的应用。
例如，在医学领域，图像处理技术可以用于医学影像的分析、诊断和治疗；在工业领域，图像处理技术可以用于物体检测、识别和测量等方面；在安防领域，图像处理技术可以用于视频监控和人脸识别等方面。
因此，开发一种高效、实时的图像处理系统具有非常重要的意义。
本课题选用SOPC（System on Programmable Chips，可编程芯片系统）作为硬件平台，设计一种基于SOPC的实时图像处理系统。
SOPC系统由处理器、总线、内存和I/O设备等组成，具有灵活性强、功能齐全、资源可重用等优点。
同时，SOPC系统还可以使用硬件描述语言进行设计，提高了开发效率，降低了成本。
二、主要研究内容：1. 分析SOPC系统的架构，选择适合的处理器、总线、内存和I/O设备等，并进行硬件描述语言设计。
2. 通过读取图像数据，将图像信号输入到系统中进行处理，并将结果输出。
3. 实现图像预处理、图像滤波、图像分割、形态学处理等各种实时处理算法。
4. 结合嵌入式系统和图像处理算法进行算法优化，提高系统的实时性能和处理速度。
5. 对系统进行测试和优化，并评估系统的性能指标。
三、预期成果及创新性：1. 设计出一种基于SOPC的实时图像处理系统，该系统具有灵活、高效、可重用等特点，可以广泛应用于医学、工业、安防等领域。
2. 实现图像预处理、图像滤波、图像分割、形态学处理等多种实时处理算法，并在嵌入式系统上进行算法优化，使系统具有更高的实时性能和处理速度。
3. 对系统进行全面的测试和优化，得到合理的性能指标，并推广应用于实践中。
四、拟采用的研究方法：1. 对SOPC系统的架构进行分析和设计，确定适合的处理器、总线、内存和I/O设备等，并进行硬件描述语言设计。
2. 借鉴现有的图像处理算法，分析其算法原理和实现方法，并在系统上进行实现，注意到处理算法的精度和速度的平衡。
基于SOPC技术的视频图像处理系统研究胡敏;黄旭伟【摘要】视频图像处理系统从最早期的以模拟系统为主逐步向数字化转变,而目前常用的用数字信号处理专用芯片(digital signal processor,DSP)做处理器的数字视频图像处理系统在高速信号实时处理中难以达到要求,系统可靠性低；相对而言,FPGA用于实时图像处理,在速度上具有很大的优势,其内部自身结构易于实现分布式的算法结构,使得各功能块可以同时工作,更有利于高速数字信号处理.FPGA(现场可编程门阵列)设计技术将尽可能大而完整的电路系统在单一SOPC(片上可编程系统)中实现,从而使得所设计的电路在规模、可靠性、开发成本、产品维护和硬件升级等多方面实现最优化.%Video image processing system is changed from early analog processing system to digital processing one setp by setp. If the current digital signal processor ASIC( DSP,Digital Signal Processor) is used to be the Digital video image processor, it can not meet the requirements of the real-time processing in high speed signal processing because of its limited processing speed and poor reliabilities. Compared With DSP, the FPGA( Filed Programmable Gate Array) has advantage in speed when it is used as the realtime image processing . Due to its inner structure and the easy distributed algorithm structure, it is easier for all parts to work simultaneously and more suitable for high speed digital signal processing. Ther SOPC technology makes it possible the integrate a alrge and complete circuit system in one piece of FPGA, which optimizes the circuit design in many aspects such as scale, reliability, development cost, product maintenance and hardware upgrading, etc.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2012(041)005【总页数】3页(P153-155)【关键词】数字信号处理专用芯片;图像处理;实时;中值滤波【作者】胡敏;黄旭伟【作者单位】浙江工业职业技术学院,浙江绍兴312000;浙江工业职业技术学院,浙江绍兴312000【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言随着科学技术的发展，视频图像更是成为生活中不可缺少的一部分。
基于SOPC的实时红外图像处理系统
唐京城;胡海
【期刊名称】《计算机与数字工程》
【年(卷),期】2006(034)007
【摘要】红外图像的实时处理计算量大,实时性高,所以一般的红外图像处理系统都比较复杂,如何在保证系统的运算能力同时简化系统设计是红外图像处理中的一个重要技术.本文在介绍了SOPC、NiosⅡ基本特点的基础上,给出了基于SOPC的实时红外图像处理系统的设计方案,并将其与较常用的几种方案进行比较和分析,结果表明基于SOPC的实时红外图像处理系统的设计方案在保证运算能力的同时,能够简化系统的硬件设计以及软件设计.
【总页数】4页(P168-171)
【作者】唐京城;胡海
【作者单位】华中科技大学电子与信息工程系,武汉,430074;华中科技大学电子与信息工程系,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于SOPC的切割机器人实时国像处理系统的研究 [J], 潘增军;高春甫;王彬;王珍;詹卓斌;李伦
2.基于SOPC的切割机器人实时图像处理系统的研究 [J], 潘增军;高春甫;王彬;王
珍;詹卓斌;李伦
3.基于SOPC的实时图像处理系统设计 [J], 许峥;李明;李成金;赵勋杰
4.基于CPCI架构的大数据量红外图像实时处理系统 [J], 陈龙华;贾鹏
5.基于FPGA的红外图像数据实时采集处理系统 [J], 郑耀汉;李欣
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于SoPC的实时视频处理与显示设计
王水鱼;景聪莉
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2011(030)007
【摘要】介绍了一种采用SoPC技术,适用于光照度不够均匀造成图像灰度过于集中环境下的视频处理与显示设计.该系统基于FPGA技术,通过将NiosⅡ软核处理器、用户自定义逻辑模块、存储器、I/O等集成到单块低成本的FPGA上,实现对解码
芯片SAA7113H的初始化及配置、视频图像灰度信号直方图统计以及灰度均衡化的实时处理与显示.其设计灵活、可靠性高,并且降低了成本和功耗.
【总页数】4页(P29-31,35)
【作者】王水鱼;景聪莉
【作者单位】西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048;西安理工大
学自动化与信息工程学院,陕西西安710048
【正文语种】中文
【中图分类】TP274+.2
【相关文献】
1.基于SoPC的温度和时钟实时显示系统设计 [J], 范志荣;史凌艳;黄乡生
2.基于SOPC的机载显示器图形实时生成技术 [J], 郭超;曹峰;高伟林;于小燕
3.基于实时视频处理的人脸识别考勤系统的设计 [J], 罗艺;张贵莲;陈玉连;辛玉兰
4.基于ZYNQ芯片的实时视频处理系统设计 [J], 陈冠成; 吴贵燕
5.基于Sobel算子的实时视频处理系统设计与FPGA实现 [J], 朱高锋
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于SOPC技术实现雷达数据采集和图像大屏幕显示
雷达数据采集及图像显示是雷达的一个基本应用，普遍应用于军事、气象预测、环境监测、船舶导航等领域。
雷达数据具有实时性、高速性的特点。
一般说来，对雷达信号采样的时钟频率在100MHz以上，雷达数据采集和处理单元的数据吞吐量要求在Gbits/s以上。
因此，要实现一个雷达数据采集和图像显示系统，对处理器的处理速度要求很高。
传统的雷达数据采集和图像显示系统采用的是微处理器+FPGA（或DSP）方案，利用微处理器实现操作系统、雷达GUI和显示器控制，利用FPGA（或DSP）实现高速雷达数据采集和处理，这种方案的缺点是要想实现雷达图像在800*600以上分辨率的大屏幕显示比较困难，要幺有较高的处理器速度，要幺有独立显卡的支持，这样增加了系统复杂度和成本。
SOPC 是一种特殊的片上系统，建立在可编程逻辑技术的基础上，尽可能将一个大而完整的电子系统实现在一块FPGA硅片上，具有硬件可裁剪、可扩充、可升级，软件在系统可编程的特点，使得设计的系统在规模、功能、体积、性能、上市周期、开发成本等方面有着了很大的优势。
基于SOPC技术的软核处理器主频虽然不是很高，目前Xilinx公司的microblaze处理器最高主频为210MHz、240DMIPS的运算能力，Altera公司的NIOS II处理器最高主频为340MHz、290DMIPS的运算能力，但是由于其极强的灵活性，可以通过软硬件协同设计，在处理器速度不高的情况下，解决需要高速度处理器才能完成的问题。
基于SOPC的实时目标跟踪系统设计及实现张贺云;吴黎明;肖湘;陈泰伟【期刊名称】《自动化与信息工程》【年(卷),期】2011(032)006【摘要】实时目标跟踪系统的实现是基于System Generator系统来搭建实时的目标跟踪算法，编译生成VHDL／Verilog代码，在ISE集成软件环境中进行综合、实现，设计出一种基于SOPC的实时目标跟踪系统。
系统采用处理速度较快的FPGA芯片，利用数字图像处理和数字信号处理技术，实现对目标进行智能检测、提取、识别和跟踪等目的。
%Real-time target tracking System realization is based on System Generator to create real-time target tracking algorithm, compile generation VHDL/Verilog code, in ISE integrated software environment, realize comprehensive. Authors design a SOPC based on the real-time target tracking System, adopting processing speed faster FPGA chip, using digital image processing and digital signal processing technology to realize the intelligent detection, extraction, identify, and tracking. The system has good expansibility, can be convenient, fast complete system maintenance and upgrades.【总页数】4页(P25-28)【作者】张贺云;吴黎明;肖湘;陈泰伟【作者单位】广东工业大学信息工程学院;广东工业大学信息工程学院;广东工业大学信息工程学院;广东工业大学信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】TP317【相关文献】1.基于FPGA的实时空中目标跟踪系统设计与实现 [J], 宁成军;史忠科2.基于SoPC的温度和时钟实时显示系统设计 [J], 范志荣;史凌艳;黄乡生3.基于SOPC的现场总线多通道实时温度采集系统设计 [J], 王延年;邢雷;张帅4.基于SOPC的以太网实时数据采集系统设计与实现 [J], 梅大成;柴志勇5.基于SOPC的以太网实时数据采集系统设计与实现 [J], 梅大成;柴志勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于SOPC高速图像实时处理技术研究与实现吴建平;叶玉堂;刘霖;张静;孙强;周恋玲;谢煜【摘要】本文针对现今高速数字图像信号的复杂算法实时处理要求以及系统实时升级问题,设计一种基于FPGA的SOPC高速图像实时处理系统平台,移植可定制高效操作系统Xilkernel,并采用多线程编程、软件仿真以及在线实时调试方法,成功地实现了高速系统实时处理功能.FPGA操作可并行执行及硬件反应时间精确到纳秒(ns)级,因而该系统实时处理性能相对于其它处理平台有明显的优势,同时也满足了在不需更改硬件架构情况下实现系统的实时更新.%A high-speed real-time image processing system based on System on a Programmable Chip (SOPC) of Field Programmable Gate Array (FPGA) was designed against the real-time requirements of complex algorithms for high-speed digital image signal and the existing problems that the system was updated in real time. The customized and efficient operating system Xilkernel was transplanted. And the methods of multi-thread programming, software simulation and real-time debugging online were applied. The real-time processing function of high-speed system has been achieved successfully. The operation of FPGA could be performed in parallel and the responsive time of its hardware could be accurate to nanosecond (ns) level. So the real-time processing properties of the system have more advantages over other processing platforms, and the real-time updates of the system without changing the hardware circuit have also been implemented.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)008【总页数】8页(P124-131)【关键词】SOPC;MicroBlaze;Xilkernel;多线程编程【作者】吴建平;叶玉堂;刘霖;张静;孙强;周恋玲;谢煜【作者单位】电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054【正文语种】中文【中图分类】TP510.100 引言近年来，随着科学技术的发展，要求嵌入式系统具有更多的功能、更好的性能和灵活性，传统上的设计方法已经不适应这种要求。
在研究过程中，我们发现国内外很大一部分高速图像处理系统设计方案都是基于FPGA/ CPLD/ ARM + DSP架构的。
这些架构的系统控制复杂，导致调试过程难度大，系统稳定性不够高，而且集成度不够高，满足高实时性要求有一定的困难[1-2]。
FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种半定制的专用集成电路(ASIC)，设计灵活性高，实现系统控制相对简易，而且设计周期短、开发费用低、风险小[3-4]。
因而现在FPGA广泛地应用在各个领域中，很多FPGA厂商将专用的嵌入式处理器MicroBlaze、PowerPC、ARM等嵌入到了FPGA芯片。
基于FPGA的嵌入式平台，即SOPC(System On a Programmable Chip)，集成了传统的软核和硬核处理器、片上总线、大量不同的I/O设备和接口标准、定制的硬件加速处理器，以及混合定制的总线或点对点的拓扑结构，同时具有强大时序逻辑控制、SOPC所拥有的灵活硬件设计与处理器强大软件功能实现等优势，从而可以快速实现集成度高、稳定性好而且非常易于升级维护的高速图像实时处理系统。
在国外该技术方向(如日本纸币清分技术等)已经有了很大的进展与应用，但是在国内该方向暂时还处于初步研究阶段[5]。
基于上述发展现状，本文提出了一种基于FPGA的高速图像处理系统设计方案。
在这个方案中，一个单FPGA芯片上提供了大量不同的IP(Intelligent Property)软核和硬核资源。
这些固件和硬件可以在任何时间进行升级。
这种可编程特点，大大缩短了系统的开发时间，而同一平台能应用在很多领域，提高了平台的资源复用率。
同时使设计人员可以优化系统的吞吐量和开发周期，提供前所未有的软件和硬件协同设计的灵活性，主要体现在设计人员能够权衡软件和硬件设计的实现方法，这不同于传统的嵌入式系统的协同设计，虽然以前也使用软件和硬件的协同设计，但是在实现级别上基本还是使用大量分离的设计流程[6]。
本文正是基于以上事实，采用Xilinx公司的Virtex4芯片，使用MicroBlaze微处理器软核，加载配置Xilkernel操作系统，和相应的外设IP核一起实现多线程编程控制方案，搭建整个系统，包括硬件系统和软件平台，实现软件和硬件的协同设计，并对它们一系列的调试，验证，保证该系统能实现接收前端图像传感器采集到的高速图像数据，并存储、处理图像数据，最终通过后端接口部分传送到PC机上显示。
1 系统硬件平台设计在系统硬件结构中，考虑到系统复杂度和资源利用率，这里选用了 Xilinx公司的Virtex4系列的XC4VSX25芯片来实现系统控制。
该芯片的片内集成了1片32位的MicroBlaze处理器软核，4个DCM模块，128 Xtreme DSP Slice，128个18 KB的Block RAM(最大的Block RAM容量为2 304 KB)，可配置的逻辑单元Array(64×40)、Logic Cells(23040)、Slices(10240)等资源，足够用于本系统的功能实现。
该芯片具有很高的逻辑资源，片上存储容量大，数据处理速度块，并集成了一片 32位，业界最快的软处理器核MicroBlaze，因此是图像数据处理应用以及系统控制的最佳选择[7-10]。
图1 系统结构原理图Fig.1 System structure diagram系统结构框图如图1所示，处理器MicroBlaze支持逻辑运算，浮点运算等运算功能，这为对图像数据处理应用提供了很大的支持。
在不采用缓存机制的情况下，简单的程序指令和数据可以通过本地存储总线(LMB)，直接存到FPGA的片上内存Block RAM。
如果系统设计比较复杂，也可以将复杂的代码存到外部非易失存储器，而将启动程序的Bootloader存到FPGA的片上内存BRAM。
在采用缓存机制的情况下，程序指令和数据可以存到缓存(Cache)中，然后通过缓存接口(XCL)连接并访问内存(BRAM)，然后运行该程序代码。
FSL(Fast Simple Link)一般用于基于简单的点对点输入输出或协处理器的连接。
而 OPB(On chip Peripheral Bus)总线用于开发总线形式的用户IP[6,11-12]。
在本次系统设计中，如图1所示，在OPB总线上外挂了一个串口RS232控制器、64 M大小的Micron存储器DDR_SDRAM_64M控制器、系统定时器、中断控制器、数字时钟管理器DCM 等IP核。
2 MicroBlaze的系统硬件配置和各个模块搭建基于Xilinx的FPGA嵌入式系统设计是在XPS8.2i(Xilinx Platform Studio)开发平台上进行的。
这个软件在以前版本的基础上整合了一种新的图形用户界面，使通用的重复性任务变得轻松和直观，从而简化了基于平台的设计。
XPS8.2i还提供了丰富的适用性功能，在使用Microblaze软核处理器时能进一步简化、抽象和加快嵌入式系统的开发[11,13]。
整个系统硬件配置和各个模块搭建如图2所示。
所用的处理器是Microblaze，外挂一个串口RS232、64 M大小的Micron存储器DDR_SDRAM_64M、系统定时器、中断控制器、两个数字时钟管理器DCM、三个反相器(控制DDR信号)和指令、数据本地存储器等。
这些外设控制器都挂在OPB总线上，在XPS8.2i图形界面还要进行端口(Ports)的属性配置、相互之间的连接以及将其中的FPGA物理端口设置为外部端口，直接连接到所需控制的外设。
Microblaze处理器采用哈佛存储器结构，就是指令和数据访问使用独立地址空间，每一个地址空间都是32位长度。
MicroBlaze处理器采用存储器映射方式访问I/O设备，即存储器和I/O设备采用统一编址方式。
因此，在该XPS图形界面中选择地址(Addresses)界面，对每一个I/O设备(包括本地存储器)进行编址。
硬件的配置和各个模块搭建不仅可以通过图形界面来进行，还可以通过编写MHS(MicroProcessor Hardware Specification)格式文件进行设计。
这两者都是用来搭建系统平台，仅仅是不同的表现方式。
它们之间是交互的，每一个发生改动都会相应地影响对方，使对方也跟着发生相应的改变。
图2 MicroBlaze系统硬件配置Fig.2 MicroBlaze system hardware configurationMHS文件以文本的形式展示了一个系统硬件平台，将硬件平台分模块进行搭建和描述。
各模块与处理器(MicroBlaze)之间的连接通过总线接口BUS_INTERFACE 实现。
模块之间的连接可以通过端口PORT定义来进行，FPGA外部端口的设定可以通过全局端口定义(包括端口方向、位数等)。
模块的属性和参数PARAMETER 可以根据相应外设的Datasheet资料来进行设置，地址参数可以通过统一编址实现[6,14]。
