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1、研究课题名称：基于 FPGA的高速图像处理算法及系统实现研究背景：随着生产和工艺的进步， 人们对产品的质量要求越来越高， 基于机器视觉的在线检测系 统成为一种重要的质量控制手段。 图像处理依然面临着许多挑战性问题， 其中最主要的问题 就是图像处理的网络化、复杂问题的求解与处理速度的高速化，基于FPGA的高速图像处理系统成为解决这些问题的主要手段。FPGA为实现不同类型的机器视觉算法提供了灵活的框架结构。他们允许这些算法的并 行部分得到加速计算，并且对它们的具体表现加以优化。同ASICS相比较而言，FPGA的成本相对较低。 同时， 它能进行快速的模型生成和算法开发， 对于少量实时的产品可以降低生
2、 产成本。FPGA也能够进行实时的项目重组，从而允许系统对不同的任务就行重构。申请人科研准备工作概述：为了对基于FPGA的高速图像处理算法及系统实现进行研究，在我处于研究阶段的头年，我学习了有关于 FPGA的相关内容。然后，我学习了 VHDL语言，有了一定的硬件编程基础， 能够利用该语言去编译实现所需功能。 最近一个学期， 我又学习了如何制作印刷电路板。 在 我导师的引导下， 我参加了全自动金属棒材成型机控制系统这一项目的研究。我参与并起草了这个项目的设计方案， 并参与了整个项目的设计流程。 所以， 我对数字图像处理的实际应 用有了更深刻的了解。 在我所在的实验室， 已经有几个博士从我所研究领
3、域毕业， 我们实验 室已经实现了基于 FPGA的高速高清医学影像处理平台和基于FPGA的印刷检测平台。所以，在博士阶段我需要做的是研究更高效的基于FPGA的图像处理算法模块，并且设计一台高速的视觉平台，将更多的工作放在关于基于硬件实现图像处理算法上。出国留学预期目标，科研方法及时间安排：1. 这一阶段我需要设计一台机器视觉系统。 其基本组成部分是照相机系统， 图像捕捉系统，计算系统。照相机系统单独工作，它可以由一台或者数台相机构成，这些相机可以单独 工作，或者将所有相机构成立体对。 图像捕捉系统应该可以对任何相机进行多功能复用， 同时可以对任何存在的立体相机对进行实时捕捉。我们的基于FPGA的
4、机器视觉系统增加了主计算机的功能，并将其作为一个协同处理器，它能够将典型的高度并行的机器视 觉算法下载到FPGA去处理，同时让通用处理器去管理系统并且处理那些非并行且难于在FPGA中实现的机器视觉算法。（2012年9月-2013年3月）2. 这一阶段我需要做的工作是研究图像处理算法。 需要选取的适应于本研究的一些算法为 一些易于实现并行的算法，如：窗函数，相关函数，搜索函数。如果我们碰到这样一些 情形，运动的顺序和数量取决于像素内容，那么设计通用的硬件将会变得困难且不切实 际。并且在通用处理器上算法的处理速度也不会得到显著的提高。根据这些情形，我将 会选取以下的一些算法，如：影像矫正，双边减法
5、滤波，高度空间不一致相关，特征提 取，近似规范化交叉相关和光流法。 （2013 年3月-2013 年 8月）3. 在FPGA系统中可以构建许多IP核，所有其中的功能都能被并行实现。如果允许的空间和功耗有限，这样可重构的 FPGA 系统就能被充分利用，所有的算法都能在单片 FPGA 上分时复用。4. 在通过完善IP核后，我们的下一个目标是开发一个针对于视觉系统的通用FPGA平台。同时开发一个通用的插槽，让我们能够通过适应接口的IP核来组建任意的视觉系统。 最后，我们需要开发一个通用的协同处理器界面和一个能够下载和控制IP模块的IP模块下载器 /控制器， 从而让数据流在主处理器的指导下流向协同处理
6、器。 （2014 年1 月-2014年 4 月）5. 在接下来的时间段内， 为了更高效和直接的开发新的IP 核和构建基于视觉系统的新的应用系统，我们需要创立 IP库和工具箱。（2012年4月-2014年8月）拟留学校在此学科领域的水平和优势： 悉尼大学致力于在所研究的领域进行卓越的世界级的研究， 并提供处于领先地位的知识 储备和高水平咨询。 信息技术学院的研究内容主要是算法与应用， 企业计算， 以人为中心的 计算和在医疗保健领域应用的信息技术。 本学院的工作与在澳大利亚和海外的其它部门、 学 院、大学、 产业和医院的工作是高度紧密相关的。 该学院所做的研究是跨学科交叉并且充满 国际合作。所做的研究范围从高科技含量的项目到满足我们社会和企业需求的应用技术均有 涵盖。该学院与澳大利亚国家信息与通信技术单位有这紧密的联系，迄今已有两个合作研究中心，资本主义市场科学研究委员会， 智能网络技术科学研究委员会。 这些科学研究委员会和 大企业以及大学形成合作伙伴对科技前沿进行探索研究，并且获得澳大利亚国家基金。