FPGA图像边缘检测系统的设计与实现

叶惠娇 冉 全 成 果

(武汉工程大学计算机科学与工程学院 湖北 武汉 430205)

0 引 言

图像作为人类感知世界的视觉基础，是获取、表达及传递信息的重要媒介。其中，边缘信息是图像的基本特征之一，在实现特征提取、机器视觉等过程中起着关键作用[1]。

随着图像数据规模日渐庞大，其处理算法日益复杂，传统通用的软件处理平台逐渐满足不了处理速度及实时性的需求。FPGA具有流水线结构，在并行处理数据方面有一定的优势，可极大程度提高数字图像处理的速度[2]。本文设计一种基于FPGA的图像处理系统，集图像数据采集、存储、算法处理、显示等功能于一体。同时，针对传统Sobel算法需要人为设置阈值所带来的缺陷，引入中值滤波的思想来生成自适应动态阈值，更加准确地提取图像边缘信息[3]。

1 系统架构设计

硬件平台可分为图像采集模块、存储模块、处理模块及显示模块。选用Altera公司的Cyclone IV 系列FPGA芯片为控制核心，协调控制SD卡和LCD显示屏的驱动、SDRAM存储器的数据转存，并且实现对图像数据的算法处理。系统总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架

(1) 数据获取模块 通过计算机将图像数据存储到片外SD卡后，将SD卡插入硬件平台的卡槽中。在SPI模式下，SD卡采用发送应答机制，通过时钟、片选、数据输出、数据输入4条总线以串行方式与FPGA进行数据传输，其时钟控制频率为25 MHz[4]。

SD控制器由初始化和读写操作组成，表1是系统需要用到的SD卡控制命令。FPGA向SD卡发送CMD0命令以进入初始状态，发送CMD8、CMD55和ACMD41命令并返回无误后确定SD卡的协议，完成SD卡的初始化；……