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基本信息

作品名称:
实时卡通画生成器——基于FPGA的实时图像边缘检测与目标跟踪系统
大类:
科技发明制作B类
小类:
信息技术
简介:

本项目设计了一套基于FPGA的实时图像边缘检测与跟踪技术的系统。通过对相关算法的研究和分析,提出一种改进型Sobel边缘检测算法和一种结合HSV颜色空间与SAD匹配跟踪算法相结合的跟踪算法,并采用硬件方式,将该算法在FPGA上实现,同时,引入中值滤波,以有效滤除图像中的噪声。具体地,与目前主流的图像边缘检测系统相比,所研制的系统提高了图像边缘检测的精度和速度。

详细介绍:

实时图像边缘检测与跟踪系统是视频图像处理的关键部分之一,可运用于车牌识别,视频运动目标跟踪和自动导航等技术领域。由于图像边缘检测与目标跟踪需要处理的数据量较大,采用目前的软件方式难以满足实时性要求,考虑到边缘检测与目标跟踪是一个独立的图像处理过程,因此,图像边缘检测与目标跟踪可以并且应该采用硬件电路方式实现,从而可有效地提高检测效率,满足系统的实时性要求;同时,随着集成电路行业的发展,进一步将其设计成一个可复用的IP核,使其适用于其它数字图像处理和模式识别等片上系统(SOC),以有效降低系统成本和系统开发成本。
本文设计了一套基于FPGA的实时图像边缘检测与目标跟踪系统。首先,分析系统的设计技术指标,搭建整个系统结构;接着,通过对图像边缘检测与跟踪算法的研究和分析,提出一种改进型Sobel边缘检测算法和一种基于HSV颜色空间与SAD匹配跟踪算法,并采用硬件方式,将两种算法在FPGA上实现;然后,采用“自顶向下”的设计方法,分别对系统内部的各个模块进行硬件电路设计,并采用仿真工具对各个模块进行功能仿真;最后,以Altera公司CycloneII系列的EP2C20F484C7N为目标芯片搭建测试平台,通过了实时图像边缘检测与目标跟踪和设计技术指标的验证。
所提出的新的图像边缘检测算法,是在经典的Sobel算子模板的基础上,增加了2个方向模板,即右对角方向模板 和左对角方向模板 ,与经典的Sobel边缘检测算法相比,采用改进型Sobel边缘检测算法得到的检测结果,图像边缘比较平滑,而且边缘两侧元素得到了增强,即提高了图像边缘检测的精度。采用并行结构和多级流水线技术,以硬件方式实现了基于改进型Sobel边缘检测算法的实时图像边缘检测电路设计,与目前普遍采用的以软件方式实现相比,提高了图像边缘检测的速度。而在SAD匹配跟踪模块中,提出了一种结合HSV颜色空间的SAD匹配跟踪算法,克服了算法受光照的影响。具体地,经过多次测试和验证,结果表明,所研制的实时图像边缘检测系统处理速度达到了55帧/秒,系统最高工作频率达到了128.12MHz,即达到预期的设计技术指标要求。

获奖情况:

第十二届“挑战杯”作品 三等奖
1 我校第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
2 第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖

作品图片

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