用于图像边缘检测的可重构计算系统研究实现

论文摘要

边缘检测技术是图像处理和计算机视觉等领域最基本的技术之一。如何准确、快速的检测图像的边缘一直是这些领域的研究热点。自适应边缘检测的特点是能够在系统运行时动态的改变算法的阈值,具有很高的灵活性和实用性。目前,应用边缘检测技术的嵌入式DSP系统已经被应用在多个领域。但是数字系统的应用需求具有不断扩大的趋势,系统的设计和实现需要更大的灵活性和可扩展性。硬件结构固定的DSP系统设计的灵活性和可扩展性不及硬件结构可灵活改变的FPGA。并且FPGA支持的动态局部重构技术允许系统运行时改变硬件功能,从而进一步提高了系统的灵活性。因此本文使用FPGA的动态局部重构技术实现图像的自适应边缘检测。本文对动态局部重构技术、可重构计算建模技术和应用Impulse C快速实现可重构计算系统中硬件任务设计技术进行了深入的研究。设计并实现了基于动态局部重构技术的自适应边缘检测系统。该系统实现的功能包括图像采集、图像边缘检测、阈值的自动选取、动态局部重构和Web服务。本系统通过功能扩展可用在智能交通管理、水文情况无人监测、水面漂浮污染物自主清理、机械零件的加工和组装过程中的几何量自动化测量等需要对图像进行现场采集、高速、准确处理的嵌入式应用中。本文最后部分对系统的运行结果进行了测试。通过对在同一地点不同光线条件下拍摄的图像进行硬件自适应的边缘检测和系统运行过程中各个任务执行时间的测试,说明了本系统能够快速、灵活的检测图像的边缘。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 主要工作
• 1.3 论文结构
• 第2章 可重构计算系统分析
• 2.1 FPGA概述
• 2.1.1 FPGA基本概念
• 2.1.2 基于ISE开发FPGA的流程
• 2.1.3 基于模块化设计流程
• 2.2 动态局部重构技术相关概念
• 2.2.1 基于模块的局部重构
• 2.2.2 总线宏
• 2.2.3 EAPR
• 2.2.4 ICAP
• 2.3 可重构计算系统模型
• 2.3.1 宿主机与可重构逻辑松耦合模式
• 2.3.2 微处理器与可重构逻辑松耦合模式
• 2.3.3 可重构逻辑在微处理器内部的紧耦合模式
• 2.3.4 微处理器在可重构逻辑内部的紧耦合模式
• 2.3.5 四种耦合模型的比较
• 2.4 基于PowerPC405的可重构计算系统
• 2.4.1 PowerPC405总体结构
• 2.4.2 PowerPC405采用总线介绍
• 2.4.3 基于PowerPC405的可重构计算系统结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 硬件任务设计工具Impulse C研究
• 3.1 Impulse C介绍
• 3.1.1 Impulse C编程模型
• 3.1.2 Impulse C相关概念
• 3.2 Impulse C硬件任务生成流程和结构
• 3.2.1 硬件任务生成流程
• 3.2.2 硬件生成结构
• 3.3 在xilkernel中对Impulse C测试软件的改进
• 3.3.1 Impulse C测试软件
• 3.3.2 xilkernel介绍
• 3.3.3 改进方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统设计及实现
• 4.1 系统开发平台
• 4.2 系统功能描述
• 4.3 硬件设计实现
• 4.3.1 图像数据采集模块实现
• 4.3.2 边缘检测硬件任务实现
• 4.4 软件设计实现
• 4.5 重构实现
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 测试条件
• 5.2 测试结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生阶段的科研情况