一.项目概述
1.1 项目布景
数字图画处理自从呈现以来，就一直是前沿的研讨学科，经久不衰，一起跟着数字化年代的到来，商场关于数字图画处理的需求也越来越大。因而，本项目——依据FPGA的多功用数字图画收集及处理渠道首要是为各种需求进行数字图画处理的设备和使用而规划的， 例如， 医学上的CT， X-ray等图画增强及处理; 各种需求支撑图画优化的数码设备等。 一起此渠道也可用于数字图画处理相关课程的规划参阅及教育演示。
1.2 项目优势
依据FPGA的多功用数字图画收集及处理渠道是一个多用途，多功用的数字处理渠道， 比较于其他同类规划，有以下优势：
1 选用可编程的FPGA进行规划，便于规划的更新，削减因而带来的晋级费用;
2 本渠道选用硬件完结，比较于选用DSP的软件完结办法，处理的速度更快;
3 各模块之间彼此独立，便于规划的复用，经过简略处理后即可用于其它项目;
二.需求剖析
2.1 功用剖析
依据本项意图规划方针，本规划需求完结的功用有：
(1) 能够对输入的数字图画进行根本的图画增强，图画滑润，图画锐化，直方图均衡化，直方图标准化等操作，也能够进行频域相关的巴特沃思滤波，高斯滤波等操作。
(2) 能够经过组合各种不同的根本图画处理进程，完结比如图画边缘检测等高档处理。
(3) 能够输入CMOS传感器转化的YCrCb格局图画数据，并转化为RGB格局。
(4) 能够经过USB接口供给数字图画处理器的图画数据进行处理。
(5) 能够将处理过的图画保存在Flash中，而且能够经过VGA显现处理进程中生成的图画。
三.方案规划
3.1 体系功用完结原理
本规划选用Xilinx公司的Nexys 3 Spartan-6 FPGA Board开发板，使用其上的Xilinx Spartan®-6 FPGA (XC6LX16-CS324) 的大容量逻辑资源完结各个模块。本规划全体硬件框图如图一所示。从图一中能够清楚地知道体系首要由USB设备操控单元，色彩空间转化单元，用户操控输入单元，全体操控单元，双口RAM操控单元，Flash操控单元，显现操控单元和图画处理单元组成。
体系的作业原理如下所述：全体操控单元依据用户操控输入单元挑选双口RAM输入端的数据源，然后图画处理单元读出数据依据用户操控输入单元输出信号对图画进行相关的处理并输出到显现RAM中，由显现操控单元显现到VGA上，并依据用户输入是否保存到Flash中。各单元模块的详细阐明请参阅
3.2 硬件渠道及资源配置
3.2 硬件渠道及资源配置
3.2.1 USB操控单元
USB操控单元是整个体系数据来历方法之一，在体系中占有重要方位。首要让我们看一下其组成框图，如图二所示。
由上图可知，USB操控单元首要由USB Packet Assemble/Dissemble，USB PL，USB FSM，EP Buffer组成。其间USB FSM首要完结USB功用设备，和Host Computer通讯;USB Packet Assemble/Dissemble首要完结USB数据包的解包和打包，USB PL(USB Protocol Layer)完结USB协议;别的和USB PHY通讯的模块未画出。
3.2.2 色彩空间转化单元
色彩空间转化单元完结将CMOS输入YCrCb格局数据转化成RGB数据的操作，其组成框图如图三所示。
由YCrCb转化成RGB的格局如下：
R = Y + 1.371 * (Cr – 128);
G = Y – 0.698 * (Cr – 128) – 0.336 * (Cb – 128);
B = Y + 1.732 * (Cb – 128);
因为硬件完结特殊性，上式改为：
R = Y + 1403 * ( Cr – 128 ) /1024;
G = Y – 714* ( Cr – 128 ) /1024 – 344 * ( Cb – 128 ) /1024 ;
B = Y + 1773 * ( Cb – 128 ) /1024;
3.2.3 图画处理单元
图画处理单元是本体系中最重要的单元，首要完结数字图画处理相关的作业，如直方图均衡化，图象锐化，以及频率滤波等操作。其框图如图四所示：
图画处理单元有根本的数字图画处理模块如直方图均衡化，图象锐化，以及频率滤波等组成，能够依据用户的挑选进行不同的组合来完结特定的使命或意图(如图画边缘检测等)。
3.2.4 其它操控单元
其他操控单元如全体操控单元，用户输入操控单元，双口RAM操控单元，Flash操控单元首要完结体系运转进程中的操控和流程操控等操作。
3.3 体系流程图
由以上体系各模块的剖析，各模块功用及体系全体架构已经有全体了解，现在就介绍一下体系全体的运转流程状况。
体系全体流程图如图五所示：
上图是简化了的体系流程图，能够看出体系中数据流经的首要途径。上电初始化后，依据用户操控输入单元挑选双口RAM输入端的数据源，然后图画处理单元读出数据依据用户操控输入单元输出信号对图画进行相关的处理并输出到显现RAM中，由显现操控单元显现到VGA上，并依据用户输入是否保存到Flash中。
