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基于FPGA的机器视觉算法实现

FPGA-Imaging-Library

作者：戴天宇 22011229，指导：王立辉，Xilinx

简介

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FPGA在机器视觉中的作用和特点

  • 图像预处理

  • 高速，真并行

  • 流水化

现有FPGA图像库

  • 原厂：闭源，只提供基础运算

  • 其他：需要平台支持，并且支付费用，比如NI

项目实现

  • 开源的FPGA图像库

  • 规范化的接口

  • 提供软件仿真、功能仿真、板上测试

  • 项目主页，完善的文档 - fil.dtysky.moe

  • 针对开发者的开发接口

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设计与架构

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框架设计

需要规范化和易用的接口协议，可以和软件协作

接口设计

所有模块遵循相同的接口

模式设计

流水线模式
请求响应模式

IP规范

封装为Xilinx建议形式，明确的UI

设计流程

自定义测试图像+配置 -> 软件仿真 -> 功能仿真 -> 可信度分析 -> 板上测试

面向开发者的开发接口规范

def name_format(root, name, ex, conf):
def transform(im, conf):
def debug(im, conf):

软件仿真规范
def name_format(root, name, ex, conf):
def conf_format(im, conf):
def color_format(mode, color):
def create_dat(im, conf):

功能仿真数据生成规范
interface TBInterface (input bit clk, input bit rst_n);
task init_file();
task init_signal();
task work_pipeline();
task work_regack();

测试平台规范
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已实现模块及测试

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ZYNQ

  • SoC

  • 双核ARM硬核

  • AXI总线

  • 软件硬件协作

测试框架

OV7670 -> 帧缓存 -> 处理模块 -> MUX -> 帧缓存 ->VGA

测试结果

测试了点操作，局部滤波器，几何变换

点操作

原始图像

灰度化

点操作

阈值化-等高线阈值化

对比度变换-增大

点操作

亮度变换-增大

色彩反转

局部滤波器

原始图像

均值滤波器

局部滤波器

排序滤波器-中值

排序滤波器-最小值

局部滤波器

局部阈值化-前置均值滤波

局部阈值化-前置中值滤波

局部滤波器

膨胀

腐蚀

几何变换

原始图像

裁剪

几何变换

镜像

平移

几何变换

缩放

错切

几何变换

旋转

旋转

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