基于FPGA的图像采集与处理系统设计与实现

红外光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术,在许多光学仪器中得到应用.检测算法的精度和速度直接影响了测量的精度及速度.但这些算法多是基于PC机的,不能达到实时要求.本文是在对基于PC/Windows的光斑中心图像检测系统的分析基础上,提出了一种基于FPGA和单片机硬件的精确实时图像处理系统.主要完成了以下工作:1.对光斑中心检测算法进行了分析,在此基础上制订了本系统的整体方案,并根据方案进行了芯片的选择.2.研制了视频采集模块.通过PHILIPS公司的专用视频解码芯片SAA7113H完成模拟视频到数字视频的转化,FPGA器件对视频流同步信号提取,实现图像采集控制.3.使用FPGA实现二值图像的处理,在FPGA内部使用一种基于流水线的架构,实时完成二值图像五次膨胀,五次腐蚀处理,滤除噪声.计算四个分区中光斑的坐标.4.使用FPGA实现和单片机接口.FPGA内部使用双时钟FIFO实现与单片机的接口.通过JTAG接口实现对FPGA的单片机灵活配置.通过以上工作,实现了验光仪红外光斑的实时图像处理和基于PC/Windows的光斑中心图像检测系统相比,优点体现在以下几个方面:1.处理速度加快,过去测量一次需要大约3秒钟.现在可以在25分之1秒内完成.2.精度提高,由于可以实时连续几幅图像检测光斑中心坐标,所以可以通过求平均值,去掉偏差较大的图像等方法来提高求取的光斑中心坐标精度.3.提高系统的稳定性,节省成本.

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