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基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计

基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计

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作者: Donald G.Bailey 著 , 原魁译 , 何文浩译 , 肖晗译

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2013-02

版次: 1

ISBN: 9787121195976

定价: 79.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 440页

字数: 700千字

正文语种: 简体中文

原版书名: Design for Embedded Image Processing on FPGAs

分类: 工程技术

　　《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》详细介绍了FPGA（FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）这种新型可编程电子器件的特点，对FPGA的各种编程语言的发展历程进行了回顾，并针对嵌入式图像处理系统的特点和应用背景，详细介绍了如何利用FPGA的硬件并行性特点研制开发高性能嵌入式图像处理系统。作者还结合自己的经验，介绍了研制开发基于FPGA的嵌入式图像处理系统所需要的正确思路以及许多实用性技巧，并给出了许多图像处理算法在FPGA上的具体实现方法以及多个基于FPGA实现嵌入式图像处理系统的应用实例。
　　《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》对FPGA技术的初学者以及已经具有比较丰富的设计经验的读者来说都有很好的参考价值，也将为从事基于FPGA的嵌入式系统开发和应用的软硬件工程师和科研人员提供一本比较系统、全面的学习材料。图像处理
1.1基本定义
1.2图像形成
1.3图像处理操作
1.4应用实例
1.5实时图像处理
1.6嵌入式图像处理
1.7串行处理
1.8并行性
1.9硬件图像处理系统

现场可编程门阵列
2.1可编程逻辑器件
2.1.1FPGA与ASIC
2.2FPGA和图像处理
2.3FPGA的内部
2.3.1逻辑器件
2.3.2互连
2.3.3输入和输出
2.3.4时钟
2.3.5配置
2.3.6功耗
2.4FPGA产品系列及其特点
2.4.1Xilinx
2.4.2Altera
2.4.3Lattice半导体公司
2.4.4Achronix
2.4.5SiliconBlue
2.4.6Tabula
2.4.7Actel
2.4.8Atmel
2.4.9QuickLogic
2.4.10MathStar
2.4.11Cypress
2.5选择FPGA或开发板

编程语言
3.1硬件描述语言
3.2基于软件的语言
3.2.1结构化方法
3.2.2扩展语言
3.2.3本地编译技术
3.3Visual语言
3.3.1行为式描述
3.3.2数据流
3.3.3混合型
3.4小结

设计流程
4.1问题描述
4.2算法开发
4.2.1算法开发过程
4.2.2算法结构
4.2.3FPGA开发问题
4.3结构选择
4.3.1系统级结构
4.3.2计算结构
4.3.3硬件和软件的划分
4.4系统实现
4.4.1映射到FPGA资源
4.4.2算法映射问题
4.4.3设计流程
4.5为调整和调试进行设计
4.5.1算法调整
4.5.2系统调试

映射技术
5.1时序约束
5.1.1低级流水线
5.1.2处理同步
5.1.3多时钟域
5.2存储器带宽约束
5.2.1存储器架构
5.2.2高速缓存
5.2.3行缓冲
5.2.4其他存储器结构
5.3资源约束
5.3.1资源复用
5.3.2资源控制器
5.3.3重配置性
5.4计算技术
5.4.1数字系统
5.4.2查找表
5.4.3CORDIC
5.4.4近似
5.4.5其他方法
5.5小结

点操作
6.1单幅图像上的点操作
6.1.1对比度和亮度调节
6.1.2全局阈值化和等高线阈值化
6.1.3查找表实现
6.2多幅图像上的点操作
6.2.1图像均值
6.2.2图像相减
6.2.3图像比对
6.2.4亮度缩放
6.2.5图像掩模
6.3彩色图像处理
6.3.1伪彩色
6.3.2色彩空间转换
6.3.3颜色阈值化
6.3.4颜色校正
6.3.5颜色增强
6.4小结

直方图操作
7.1灰度级直方图
7.1.1数据汇集
7.1.2直方图均衡化
7.1.3自动曝光
7.1.4阈值选择
7.1.5直方图相似性
7.2多维直方图
7.2.1三角阵列
7.2.2多维统计信息
7.2.3颜色分割
7.2.4颜色索引
7.2.5纹理分析

局部滤波器
8.1缓存
8.2线性滤波器
8.2.1噪声平滑
8.2.2边缘检测
8.2.3边缘增强
8.2.4线性滤波器技术
8.3非线性滤波器
8.3.1边缘方向
8.3.2非极大值抑制
8.3.3零交点检测
8.4排序滤波器
8.4.1排序滤波器的排序网络
8.4.2自适应直方图均衡化
8.5颜色滤波器
8.6形态学滤波器
8.6.1二值图像的形态学滤波
8.6.2灰度图像形态学
8.6.3颜色形态学滤波
8.7自适应阈值分割
8.7.1误差扩散
8.8小结

几何变换
9.1前向映射
9.1.1可分离映射
9.2逆向映射
9.3插值
9.3.1双线性插值
9.3.2双三次插值
9.3.3样条插值
9.3.4通过插值压缩数据
9.4映射的优化
9.5图像配准
9.5.1基于特征的方法
9.5.2基于区域的方法
9.5.3应用

线性变换
10.1傅里叶变换
10.1.1快速傅里叶变换
10.1.2滤波
10.1.3逆滤波
10.1.4插值
10.1.5配准
10.1.6特征提取
10.1.7哥兹柔算法
10.2离散余弦变换
10.3小波变换
10.3.1滤波实现
10.3.2小波变换的应用
10.4图像和视频编码

目标检测和标记
11.1包围盒
11.2游程编码
11.3链码
11.3.1串行实现算法
11.3.2单次扫描算法
11.3.3特征提取
11.4连通域标注
11.4.1随机读取算法
11.4.2多次扫描算法
11.4.3两次扫描算法
11.4.4单次扫描算法
11.4.5多输入标号
11.4.6进一步优化
11.5距离变换
11.5.1形态学方法
11.5.2倒角距离
11.5.3可分离变换
11.5.4应用
11.5.5测地线距离变换
11.6分水岭变换
11.6.1流水算法
11.6.2浸入算法
11.6.3应用
11.7哈夫变换
11.7.1直线哈夫变换
11.7.2圆哈夫变换
11.7.3广义哈夫变换
11.8小结

接口
12.1摄像机输入
12.1.1摄像机接口标准
12.1.2消除隔行扫描
12.1.3全局和卷帘快门的校正
12.1.4Bayer模板处理
12.2显示输出
12.2.1显示器驱动
12.2.2显示内容
12.3串行通信
12.3.1PS2接口
12.3.2I2C总线
12.3.3SPI总线
12.3.4RS-232接口
12.3.5USB接口
12.3.6以太网
12.3.7PCIExpress
12.4存储器
12.4.1静态随机存储器（SRAM）
12.4.2动态随机存储器
12.4.3闪存
12.5小结

测试、调整和调试
13.1设计
13.1.1随机噪声源
13.2实现
13.2.1常见的实现错误
13.3调试
13.4时序收敛

应用实例
14.1彩色区域跟踪
14.2镜头畸变校正
14.2.1畸变描述
14.2.2畸变校正
14.3中央窝传感器
14.3.1中央窝映射
14.3.2使用传感器
14.4深度成像
14.4.1扩展精确测量范围
14.5实时生产线分级
14.5.1软件算法
14.5.2硬件实现
14.6小结
参考文献
内容简介:
　　《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》详细介绍了FPGA（FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）这种新型可编程电子器件的特点，对FPGA的各种编程语言的发展历程进行了回顾，并针对嵌入式图像处理系统的特点和应用背景，详细介绍了如何利用FPGA的硬件并行性特点研制开发高性能嵌入式图像处理系统。作者还结合自己的经验，介绍了研制开发基于FPGA的嵌入式图像处理系统所需要的正确思路以及许多实用性技巧，并给出了许多图像处理算法在FPGA上的具体实现方法以及多个基于FPGA实现嵌入式图像处理系统的应用实例。
　　《基于FPGA的嵌入式图像处理系统设计》对FPGA技术的初学者以及已经具有比较丰富的设计经验的读者来说都有很好的参考价值，也将为从事基于FPGA的嵌入式系统开发和应用的软硬件工程师和科研人员提供一本比较系统、全面的学习材料。
目录:
图像处理
1.1基本定义
1.2图像形成
1.3图像处理操作
1.4应用实例
1.5实时图像处理
1.6嵌入式图像处理
1.7串行处理
1.8并行性
1.9硬件图像处理系统

现场可编程门阵列
2.1可编程逻辑器件
2.1.1FPGA与ASIC
2.2FPGA和图像处理
2.3FPGA的内部
2.3.1逻辑器件
2.3.2互连
2.3.3输入和输出
2.3.4时钟
2.3.5配置
2.3.6功耗
2.4FPGA产品系列及其特点
2.4.1Xilinx
2.4.2Altera
2.4.3Lattice半导体公司
2.4.4Achronix
2.4.5SiliconBlue
2.4.6Tabula
2.4.7Actel
2.4.8Atmel
2.4.9QuickLogic
2.4.10MathStar
2.4.11Cypress
2.5选择FPGA或开发板

编程语言
3.1硬件描述语言
3.2基于软件的语言
3.2.1结构化方法
3.2.2扩展语言
3.2.3本地编译技术
3.3Visual语言
3.3.1行为式描述
3.3.2数据流
3.3.3混合型
3.4小结

设计流程
4.1问题描述
4.2算法开发
4.2.1算法开发过程
4.2.2算法结构
4.2.3FPGA开发问题
4.3结构选择
4.3.1系统级结构
4.3.2计算结构
4.3.3硬件和软件的划分
4.4系统实现
4.4.1映射到FPGA资源
4.4.2算法映射问题
4.4.3设计流程
4.5为调整和调试进行设计
4.5.1算法调整
4.5.2系统调试

映射技术
5.1时序约束
5.1.1低级流水线
5.1.2处理同步
5.1.3多时钟域
5.2存储器带宽约束
5.2.1存储器架构
5.2.2高速缓存
5.2.3行缓冲
5.2.4其他存储器结构
5.3资源约束
5.3.1资源复用
5.3.2资源控制器
5.3.3重配置性
5.4计算技术
5.4.1数字系统
5.4.2查找表
5.4.3CORDIC
5.4.4近似
5.4.5其他方法
5.5小结

点操作
6.1单幅图像上的点操作
6.1.1对比度和亮度调节
6.1.2全局阈值化和等高线阈值化
6.1.3查找表实现
6.2多幅图像上的点操作
6.2.1图像均值
6.2.2图像相减
6.2.3图像比对
6.2.4亮度缩放
6.2.5图像掩模
6.3彩色图像处理
6.3.1伪彩色
6.3.2色彩空间转换
6.3.3颜色阈值化
6.3.4颜色校正
6.3.5颜色增强
6.4小结

直方图操作
7.1灰度级直方图
7.1.1数据汇集
7.1.2直方图均衡化
7.1.3自动曝光
7.1.4阈值选择
7.1.5直方图相似性
7.2多维直方图
7.2.1三角阵列
7.2.2多维统计信息
7.2.3颜色分割
7.2.4颜色索引
7.2.5纹理分析

局部滤波器
8.1缓存
8.2线性滤波器
8.2.1噪声平滑
8.2.2边缘检测
8.2.3边缘增强
8.2.4线性滤波器技术
8.3非线性滤波器
8.3.1边缘方向
8.3.2非极大值抑制
8.3.3零交点检测
8.4排序滤波器
8.4.1排序滤波器的排序网络
8.4.2自适应直方图均衡化
8.5颜色滤波器
8.6形态学滤波器
8.6.1二值图像的形态学滤波
8.6.2灰度图像形态学
8.6.3颜色形态学滤波
8.7自适应阈值分割
8.7.1误差扩散
8.8小结

几何变换
9.1前向映射
9.1.1可分离映射
9.2逆向映射
9.3插值
9.3.1双线性插值
9.3.2双三次插值
9.3.3样条插值
9.3.4通过插值压缩数据
9.4映射的优化
9.5图像配准
9.5.1基于特征的方法
9.5.2基于区域的方法
9.5.3应用

线性变换
10.1傅里叶变换
10.1.1快速傅里叶变换
10.1.2滤波
10.1.3逆滤波
10.1.4插值
10.1.5配准
10.1.6特征提取
10.1.7哥兹柔算法
10.2离散余弦变换
10.3小波变换
10.3.1滤波实现
10.3.2小波变换的应用
10.4图像和视频编码

目标检测和标记
11.1包围盒
11.2游程编码
11.3链码
11.3.1串行实现算法
11.3.2单次扫描算法
11.3.3特征提取
11.4连通域标注
11.4.1随机读取算法
11.4.2多次扫描算法
11.4.3两次扫描算法
11.4.4单次扫描算法
11.4.5多输入标号
11.4.6进一步优化
11.5距离变换
11.5.1形态学方法
11.5.2倒角距离
11.5.3可分离变换
11.5.4应用
11.5.5测地线距离变换
11.6分水岭变换
11.6.1流水算法
11.6.2浸入算法
11.6.3应用
11.7哈夫变换
11.7.1直线哈夫变换
11.7.2圆哈夫变换
11.7.3广义哈夫变换
11.8小结

接口
12.1摄像机输入
12.1.1摄像机接口标准
12.1.2消除隔行扫描
12.1.3全局和卷帘快门的校正
12.1.4Bayer模板处理
12.2显示输出
12.2.1显示器驱动
12.2.2显示内容
12.3串行通信
12.3.1PS2接口
12.3.2I2C总线
12.3.3SPI总线
12.3.4RS-232接口
12.3.5USB接口
12.3.6以太网
12.3.7PCIExpress
12.4存储器
12.4.1静态随机存储器（SRAM）
12.4.2动态随机存储器
12.4.3闪存
12.5小结

测试、调整和调试
13.1设计
13.1.1随机噪声源
13.2实现
13.2.1常见的实现错误
13.3调试
13.4时序收敛

应用实例
14.1彩色区域跟踪
14.2镜头畸变校正
14.2.1畸变描述
14.2.2畸变校正
14.3中央窝传感器
14.3.1中央窝映射
14.3.2使用传感器
14.4深度成像
14.4.1扩展精确测量范围
14.5实时生产线分级
14.5.1软件算法
14.5.2硬件实现
14.6小结
参考文献

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