基于FPGA的图像增强算法研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人类社会的飞速发展，人们对图像的要求越来越高，此时能够准确提出图像的关键信息成了研究的热点问题。图像增强是按照特定的要求突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息处理方法，其主要目的是使处理后的图像对某种特定的应用来说，它是为了某种应用目的去改善图像质量，使图像更适合于人的视觉特性或机器的识别系统。目前增强方法主要有直方图修改处理、图像平滑化处理、图像尖锐化处理及彩色处理技术等, 由于各种图像增强算法的特点不同, 对图像增强的侧重点也不同。在对图像进行处理之前, 首先分析不同图像增强方法的优缺点, 再对具体图像问题进行具体分析，然后选择几种增强方法结合使用, 也许就可能达到预期的增强效果。图像在传输过程中由于传输信道的噪声干扰, 会造成图像质量的下降, 即图像的退化。引起图像退化的原因很多, 在图像的获取(数字化过程)和传输过程, 如使用ccd摄像机获取图像, 光照程度和传感器温度是造成图像退化的主要因素。图像在传输过程中主要由于所用的传输信道的干扰受到噪声污染, 也会造成图像质量的下降。图像恢复技术以获取视觉质量得到某种程度改善为目的, 根据指定的图像退化模型来对在某种情况下退化或降质了的退化图像进行恢复, 以获取到原始的、未经退化的原始图像.图像恢复首先要建立图像退化/复原模型，当不知道图像本身的性质时，可以建立退化源的数学模型，然后施行恢复算法除去或减少退化源的影响。

现如今，随着图像处理理论的日趋成熟以及硬件设备性能的提升，计算机图像处理得到了飞跃的发展，己经成功的应用于几乎所有与成像有关的领域，并正发挥着相当重要的作用。它利用计算机对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期的结果。对图像进行处理时，经常运用图像增强技术以改善图像的质量增强对某种信息的辨识能力，以更好的应用于现代各种科技领域，图像增强技术的快速发展同它的广泛应用是分不开的，发展的动力来自稳定涌现的新的应用，我们可以预料，在未来社会中图像增强技术将会发挥更为重要的作用。

从这二十余年的发展来看，图像增强的方法主要体现在软件方面，用fpga做图像处理往往需要考虑除算法之外的更多问题，如时序约束，存储器带宽不足，资源不足，计算问题，这些问题都制约着fpga在图像处理领域的发展。本就复杂的图像处理算法，再加上这些有待解决的难题，这也就是经常遇到的困境。随着科技的不断进步， ddr2、ddr3、zynq、pcie、usb3.0、千兆网、lvds、cordic，这些新技术的出现为我们提供了新的思路与解决方案，让fpga拥有更大的潜能，fpga将会在图像处理领域可以有卓越的表现。特别是fpga在5g时代再一次热起来，我们可以适当的将图像增强在硬件方面进行尝试，其中fpga的各种技术都取得了惊人的发展，其开发周期短，价格低并且有着高速并行，可重配置的架构和基于查找表的独特结构等优点，使得更多的图像增强研究转向了fpga平台。fpga具有丰富的寄存器资源，可满足高速系统的设计,将成为数字图像处理的主流。应用fpga完成对数字图像处理的实现是很有潜力的。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容和目标

本次毕业设计的内容是研究基于 fpga 的简单图像增强设计，可以阅读大量的有关图像 增强的文献并学习 fpga 实现方法，掌握图像增强的概念及原理，组成模块，按模块实现各 种功能。了解 vivado 软件的基本操作和 vhdl 语言的基本编程方式。采用 vivado 软件，进 行 vhdl 语言编程并完成系统仿真，仔细研读相关参考书，比较各种实现方法的优缺点。在 实际的编程中，结合各种知识，完成设计。

3. 研究计划与安排

第1周—第3周 搜集相关资料，完成外文翻译,撰写开题报告；

第4周—第5周 学习fpga，了解实验平台

第6周—第7周 掌握fpga,进行相关实验；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]高亚军.基于fpga的数字信号处理[m]. 电子工业出版社,2018.

[2]汤书森.嵌入式fpga/sopc技术实验与实践教程[m]. 清华大学出版社,2017.

[3]田素云.xilinx fpga开发实用教程[m]. 清华大学出版社,2015.