基于可编程逻辑阵列索贝尔边缘检测算法两种实现方案,本论文为您写索贝尔毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
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摘 要： 基于可编程逻辑阵列（FPGA）的片上可编程及并行流水线具有处理快、实时性等优点,采用Quartus II自带知识产权（IP）核进行设计的方案耗资源多,处理速度慢,针对于此提出了改进的索贝尔（Sobel）算子方案,使以上缺点得到改善；结合Matlab和Modelsim对这两种方案的仿真和验证结果表明,改进后的Sobel算子方案明显优于Quartus II自带IP核进行设计的方案,并且能很好地实现图像边缘检测,减少了偏差.
关键词： 边缘检测； 可编程逻辑阵列； 数字图像处理
中图分类号： TN 911.73 文献标志码： A 文章编号： 10005137（2017）02024707
Abstract： In this paper,two kinds of edge detection scheme based on Field Programmable Gate Array（FPGA） are realized and analyzed by using the Sobel operator.In view of the design which utilizes the intellectual property（IP） cores embedded in the Quartus II has some disadvantages such as more resources are consumed、process is relatively slow and so on,an improved scheme which improves the first design′s shortcomings is proposed.Simulation and verification results of these two schemes which are combined with Matlab and Modelsim show that the improved Sobel operator scheme is better than the previous scheme designed by using IP cores embedded in the Quartus II,achieving a good image detection and reducing errors.
Key words： edge detection； field programmable gate array； digital image processing
0 引 言
數字图像处理就是采用计算机或嵌入式系统对图像进行深度加工,并从中获得有用的信息.伴随着计算机技术、集成电路技术的飞速发展,数字图像处理技术也得到了很大的发展,并且也出现了许多和数字图像处理技术相关的新理论、新技术、新设备.这些新理论、新技术在工业生产、科学研究、医疗卫生等领域得到了广泛应用,对社会的发展及人类生活水平的提高做出了极大的贡献[1].
边缘是图像的基本特征,是指图像灰度变化率最大的位置,由图像像素点数据局部的不连续而形成.边缘的表现形式有图像纹理结构的突变及灰度级的突变,彩色变化等等,边缘检测利用物体和背景在某些特征上的差异而实现.由于实时图像边缘检测算法涉及到的数据量大,一般运算器的顺序执行或者传统软件处理实时图像很难满足要求.而采用可编程逻辑阵列（FPGA）的流水线和并行处理技术,不仅可以提高数字图像的处理速度,也可以在一定程度上满足实时系统中的应用需求.
边缘检测算子可以分为一阶微分算子和二阶微分算子.常见的一阶微分算子有Prewitt算子,Canny算子、Sobel算子、Roberts Cross算子,Kirsch算子,罗盘算子等等；二阶微分算子包括Laplacian算子以及高斯-拉普拉斯（LOG）算子等等[2].本研究主要介绍了基于FPGA的索贝尔（Sobel）边缘检测算法实现的两种方案,方案一完全采用Quartus II自带的知识产权核（IP）核进行实现,实现简单、工程周期短,但占用逻辑资源多,设计效果不够理想；方案二针对方案一的缺点进行了改进,改善了系统处理速度,减少了逻辑资源的消耗,在一定程度上改善了设计效果,优化了系统性能.
由于Sobel算子理论基于3×3像素块计算中心像素梯度,构造3×3像素矩阵特别重要,要实现这个效果,必须使用一个容量足够大的存储单元来缓存串行输入的图像数据流,并把串行数据转化成并行的3行像素值,这样在3个像素时钟后就可以得到3×3图像像素矩阵.过去常使用先入先出（FIFO）作为图像数据的存储方式,但对FIFO的读写操作较为复杂.而本设计中主要是调用了Quartus II软件自带的altshift_taps移位寄存器宏模块.软件中提供的altshift_taps宏模块是一个可设置参数的并具有多个端口（Taps）输出的移位寄存器,每一个抽头在移位寄存器链的指定位置上输出数据.对于Matlab经常应用的256×256大小图像进行Sobel边缘检测,altshift_taps模块配置为8 bit输入/8 bit输出、3个抽头,相邻两个抽头有256个registor（寄存单元）.经过预处理的9个图像灰度像素点进入缓冲区后数据流如,图2所示.
2.2 卷积计算和门限比较模块
编写的卷积计算模块是为了得到水平的、垂直的两个方向上的梯度值,要达到卷积运算的效果需要做大量的乘法、加法运算.若是采用以往分立的D触发器、加法器和乘法器来完成,可以实现预期的功能,但其结构复杂,设计繁琐.在本方案中先通过调用Quartus II开发工具提供的IP核模块中的可编程乘加法器altmult_add、可编程多路加法器parallel_add以及开方模块（altsqrt）来实现.其原理如图3所示.
结论：关于本文可作为索贝尔方面的大学硕士与本科毕业论文埃及神话索贝尔论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
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