文 献 综 述

1.课题研究背景

随着科学技术的飞速发展，数字图像化处理被越来越广泛的应用在社会生活中。数字视频处理技术作为数字信号处理及数字图像处理领域最活跃的研究方向之一，在通信、多媒体应用、航空航天、IT、雷达、遥测遥感等行业相关应用中有着巨大前景。在现有的目标跟踪项目基础上，设计了基于FPGA的视频采集及显示系统，搭建了硬件平台，可同步实现摄像头采集视频图像并实时显示。

同时伴随着自动化水平的不断发展与提高,模式识别，机器视觉的实时监测系统和处理系统应用越来越频繁，并且对图像采集的要求越来越高,因此设计一种使用灵活、性能优良、价格合理的图像采集系统具有十分重要的意义。所以可以使用一种基于嵌入式技术的数字图像采集系统设计方案,采用FPGA作为主控芯片,来完成对图像传感器、SDRAM存储器以及VGA显示器的时序控制。

2. 图像处理

图像的基本形式中，一幅图像仅仅为表示某个场景或物体的多维数组中的一个数值（其中多数为整数值）。当图像为此种形式时，图像就容易被数字计算机进行处理。所以图像处理可以定义为：为了获取所需要的结果对图像进行一系列数学处理的过程。

尤其是视频图像经过数字化处理后的数据量非常庞大，再加上一般的软件实现的图像处理算法的数据量较大，实现起来较慢，所以以往的传统图像采集系统已经不能满足高速数据处理的需求，对于一些实时性要求较高的系统，处理速度将是首要考虑因素。嵌入式系统凭借其体积小，可靠性强，功耗较低等特点作为图像采集系统的发展提供了一种新的解决方案。尤其是以FPGA，DSP为核心处理器的图像采集方法，正在成为实时图像采集领域新的发展趋势。同时FPGA技术的不断成熟改变了通常采用并行计算机或数字信号处理器，专用集成电路等作为嵌入式处理器的惯例。可编程逻辑器件即FPGA凭借其较低的成本消耗，容量大，较高的并行处理速度，较强的灵活性及其较短的开发周期等特点在图像处理领域拥有了独特的优势。同时在视频信号处理的实时场合，由于图像数据吞吐量大，处理运算量大，同时实时性要求高，因此FPGA强大的并行处理数据能力在数字视频的实时处理方面得到广泛的应用.^[15]

3. FPGA发展现状

三十年前，赛灵思制造出了世界上首款FPGA以来，FPGA已经取得了长足的发展。最早的FPGA定位于门阵列和ASIC的替代品，主要用作”粘性逻辑”，协助两个最初设计不相互通信的器件进行对话，此外也可在设计最后时刻为大型ASIC补充此前缺失的功能。限于当时的工艺水平，最早只有1K级别的可用门资源。

随着工艺水平和设计方法的日益进步，如今的FPGA已经从当初的XC2064的2μm工艺，64个逻辑模块，85000个晶体管和不到1K的门，发展到新的UltraScale系列,其中包括目前最强大的使用3D IC堆叠技术的20nm工艺，高达4407480个逻辑单元的XCVU440(截止2014年6月)。其应用领域也从早期的逻辑胶合发展成为集算法逻辑，数字信号处理DSP，高速串行收发以及软核/硬核处理器为一体的片上系统SoC.^[9]