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    数字成像领域中基于FPGA的图像电子防抖技术的研究与实现

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    数字成像领域中基于FPGA的图像电子防抖技术的研究与实现

    北京工业大学硕士学位论文数字成像领域中基于FPGA的图像电子防抖技术的研究与实现姓名康硕申请学位级别硕士专业控制理论与控制工程指导教师高风綦慧20090501摘要摘要随着图像复原理论的不断丰富以及大规模集成电路技术的飞速发展,数码相机的防抖系统逐步开始由传统的机械式转变为电子式。同时,由于良好的实时性及稳定性,基于硬件实现的图像电子防抖系统得到了人们越来越多的肯定,它也推动了专用图像电子防抖芯片的发展。针对数码相机电子防抖系统高实时性、强稳定性的设计要求,开发高效率、高稳定性能的专用处理芯片具有十分重要的意义。本文以抖动模糊图像为处理对象,以单芯片大容量现场可编程门阵列FPGA为核心处理器,设计并实现了基于硬件FPGA的图像电子防抖系统。文中首先介绍了国内外数码相机防抖技术的研究现状;快速傅里叶算法的发展及其在图像处理中的应用以及V4系列FPGA的内部资源。依据上述背景内容以及图像复原基础理论,提出了基于硬件FPGA的图像电子防抖系统的整体设计方案。然后针对本系统的FPGA单元设计、上位机监控软件设计两方面展开论述。其中重点论述了FPGA单元的设计与实现。FPGA单元以XIILINX公司生产的VIRTEX4系列中的LXS0为核心,通过PCI接口与上位机相连,内部分为算法描述及数据读写操作两大部分,分别实现了基于频率域滤波的抖动图像复原算法以及FPGA单元与DDR2存储卡和上位机之间的数据传输。上位机监控软件主要包括用户界面、API接口以及PCI驱动几部分,以实现上位机与FPGA硬件单元的数据通讯,并为用户提供了简单明了的操作界面,便于用户使用以及开发者调试。最后文中详细描述了系统的实验调试步骤、调试中遇到的主要问题及相应的解决办法,并对系统最终的处理结果进行了对比分析。处理结果进一步证明了采用硬件FPGA实现图像电子防抖系统的正确性和可行性.本论文以大量的图示形式介绍了系统中各部分的设计与实现,使得系统架构、模块结构和软件流程等一目了然,浅显易懂。同时论文中采用硬件FPGA实现2维FFT算法并将其应用于抖动图像复原算法中具有一定的创新性,对其它图像处理相关的嵌入式系统开发与设计具有一定的指导意义。关键词FPGA;2维FFT电子防抖;图像复原ABSTRACTABSTRACTWITHTHERICHESOFTHEIMAGERESTORATIONTHEORYANDTHERAPIDDEVELOPMENTOFVLSITECHNOLOGY,ANTISHAKESYSTEMINDIGITALCAMERABEGINSCHANGINGFROMTHETRADITIONALMECHANICALTOELECTRONICGRADUALLY.MEANWHILE,BECAUSEOFTHEGOODREALTIMEANDSTABILITYPERFORMANCE,IMAGEELECTRONICANTISHAKESYSTEMBASEDONHARDWAREISAPPROVEDBYMOLEANDMOREPEOPLE,WHICHALSOPROMOTESTHEDEVELOPMENTOFASICUSEDINIMAGEELECTRONICANTISHAKE.ACCORDINGTOTHEREQUIREMENTOFHIGHREALTIMEANDSTRONGSTABILITY,ITISVERYIMPORTANTTODEVELOPTHEIMAGEELECTRONICANTISHAKEASICWITHEFFICIENTANDSTABLEPERFORMANCE.TREATINGTHESHAKENFUZZYIMAGEASPROCESSINGOBJECT,SINGLELARGECAPACITYFPGAASTHECOREPROCESSOR,THISTHESISHASDISCUSSEDTHEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEIMAGEELECTRONICANTISHAKESYSTEMBASEDONFPGA.FIRSTLY,THISTHESISINTRODUCESTHERESEARCHSTATUSOFTHEANTISHAKESYSTEMUSEDINDIGITALCAMERA,DEVELOPMENTOFFFTALGORITHMANDITSAPPLICATIONINIMAGEPROCESSING,INTEMAIRESOURCESOFV4SERIESFPGA.BASEONTHEABOVEBACKGROUND,ASWELLASTHEBASISOFIMAGERESTORATIONTHEORY,THISTHESISPUTSFORWARDTHEOVERALLDESIGNSOLUTIONOFTHEIMAGEELECTRONICANTISHAKESYSTEMBASEDONFPGA.SECONDLY,TWOMAINPARTSARCEXPOUNDEDINDETAILS,INCLUDINGPCMONITORINGSOFTWAREDESIGNANDFPGAUNITDESIGNWHICHISTHEMOSTIMPORTANTPART.THEFPGAUNIT,WHOSECORECHIPISTHEXILINXVIRTEX4LX80FPGA,CONNECTSWITHTHEPCTHROUGHTHEPCIINTERFACE.ITMAINLYINCLUDESTWOPARTSWHICHAREALGORITHMDESCRIPTIONPARTANDDATAREAD/WRITEPART.THEALGORITHMDESCRIPTIONPARTISUSEDFORTHEIMAGERESTORATIONALGORITHMBASEONFREQUENCYDOMAINFILTERING,WHILETHEDATAREAD/WRITEPARTISUSEDFORTHEDATACOMMUNICATIONBETWEENTHEFPGAUNITANDTHEDDR2MEMORYCARDASWELLASTHEPC.THEPCMONITORINGSOFTWAREINCLUDINGUSERINTERFACE,APIANDPCIDRIVER,ISUSEDFORTHEDATACOMMUNICATIONBETWEENTHEFPGAUNITANDTHEPC,PROVIDINGSIMPLEOPERATIONINTERFACEWHICHISCONVENIENTFORTHEUSERANDDEBUGGEE.THIRDLY,TESTSTEPS,MAINPROBLEMINTHEDEBUGGINGANDITSSOLUTION,OPERATIONRESULTANDITSANALYSISAREINTRODUCED.THEFINALRESULTHASSHOWNTHATTHEIMAGEELECTRONICANTISHAKESYSTEMBASEDONFPGAISCORRECTANDFEASIBLE.THEREARELOTSOFILLUSTRATIONSINTHISPAPERTOINTRODUCETHEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHISSYSTEM,WHICHMAKETHESYSTEM‘FRAME,MODULESTRUCTUREAND.III.北京工业大学工学硕士学位论文SOFTWAREFLOWEASYANDSTRAIGHTFORWARD.MOREOVER,THEIMPLEMENTATIONOF2DFFTALGORITHMBASEDONFPGAANDUSINGINTHEIMAGERESTORATIONALGORITHMISDISCUSSEDINTHISTHESIS.THISMETHODHASSOMEORIGINALITYANDPROVIDESSOMEEXPERIENCEANDTECHNICALGUIDANCETOOTHEREMBEDDEDSYSTEMDESIGN.KEYWORDSFPGA;2DFFT;ELECTRONICANTISHAKE;IMAGERESTORATION.1V.独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名邈日期丝丑垒五目关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即学校有权保留送交论文的复F.P件.允许论文被查阅和借阅学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复

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