如何使用FPGA實現(xiàn)一種圖像預(yù)處理結(jié)構(gòu)及典型算法

　　圖像濾波和邊緣檢測等預(yù)處理算法是視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中道路檢測和車輛檢測等復(fù)雜視覺處理的前提，其性能和處理時間直接影響了后續(xù)圖像處理的性能及視覺系統(tǒng)的整體響應(yīng)時間。本文給出了一種基于FPGA的流水線圖像預(yù)處理結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有良好的擴展性，并能克服因級聯(lián)而產(chǎn)生的時序問題?；谶@種結(jié)構(gòu)，在FPGA中實現(xiàn)了典型的LoG邊緣檢測算法與中值濾波算法。實驗表明了這種預(yù)處理結(jié)構(gòu)的有效性和算法的可行性， 并能滿足視覺處理的實時性要求。

　　基于模板濾波的圖像預(yù)處理在視覺導(dǎo)航、機器視覺等方面都有著非常重要的作用，其性能和處理時間直接影響了后續(xù)圖像處理的性能及視覺處理系統(tǒng)的整體響應(yīng)時間。模板濾波分為線性濾波與非線性濾波兩種：線性濾波是一種卷積運算，使用大小為nxm的模板掩模圖片中的所有像素，其中涉及了大量的乘法與加法運算，這種卷積運算是一般圖像處理系統(tǒng)中的實現(xiàn)瓶頸；非線性濾波是在模板卷積遍歷整幅圖像的基礎(chǔ)上還要進行多值排序運算。

　　對于馮。諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機，屬于單指令單數(shù)據(jù)（SISD）的計算機體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)卷積結(jié)構(gòu)的線性或非線性濾波器效率都不高。由于視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中實時性要求較高，采用什么樣的結(jié)構(gòu)、如何更快速有效并且穩(wěn)定的實現(xiàn)圖像預(yù)處理在視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中就變得至關(guān)重要。

　　現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Arrays，F(xiàn)PGA）技術(shù)由于其設(shè)計靈活性、大規(guī)模并行運算等特點，在數(shù)字信號處理領(lǐng)域尤其是圖像處理領(lǐng)域被越來越廣泛的使用。

　　本文設(shè)計了一種基于FPGA的流水線圖像預(yù)處理結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崟r實現(xiàn)圖像預(yù)處理。該結(jié)構(gòu)具有良好的擴展性，并能克服因級聯(lián)而產(chǎn)生的時序問題?；谶@種結(jié)構(gòu)，在FPGA上設(shè)計并實現(xiàn)了典型的預(yù)處理算法邊緣檢測和中值濾波算法。