基于FPGA的實時視頻信號處理系統(tǒng)的設計.pdf

1、實時視頻信號處理的實時性與自動聚焦技術休戚相關。電子技術和數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展,使自動聚焦技術向基于數(shù)字圖像處理的方向發(fā)展,基于圖像高頻分量值的自動聚焦技術應用而生。視頻信號的格式轉換和實現(xiàn)問題也是當前研究的重點。本文在著重介紹一種一體化攝像機完成自動聚焦功能的同時,完成了實時視頻信號處理系統(tǒng)的設計,其內容包括以下幾點:
　　 (1)自動聚焦分為聚焦調節(jié)和聚焦監(jiān)測兩部分。聚焦調節(jié)又包括變倍跟蹤和聚焦搜索。變倍跟蹤即對圖像進行變

2、倍時,聚焦電機要根據(jù)變焦跟蹤曲線跟隨變倍電機轉動相應的步數(shù);聚焦搜索即根據(jù)搜索算法在變倍跟蹤結束后再進行一次自動聚焦。聚焦監(jiān)測的主要作用是判斷是否需要重啟自動聚焦以及重啟自動聚焦的條件。
　　 (2)對灰度差分法進行了改進,增加了相鄰像素的比較,這樣就增大了聚焦評價函數(shù)的絕對值,提高了自動聚焦的精準度。
　　 (3)提出了一種新的聚焦搜索算法,其主要特點是:步長根據(jù)聚焦評價函數(shù)的斜率的倒數(shù)來確定,且在兩次比較聚焦評價函數(shù)

3、值后再確定最佳聚焦點。這樣不僅提高了聚焦速度,避免落入局部最大值圈套,而且對視頻信號變化速度快引起的聚焦失敗有一定的抵制作用。
　　 (4)對8051IP核進行了詳細分析論證,設計了基于FPGA的8051IP核,各個模塊用VHDL語言實現(xiàn),并用Modelsim進行了仿真驗證。
　　 (5)電機驅動和聚焦搜索程序由C語言完成,在Keil C環(huán)境下編譯,并最終生成coe文件下載到8051 IP核中驅動電機完成變倍跟蹤和聚焦搜

4、索。
　　 (6)對視頻信號進行了后端處理,包括圖像放大、幀率提升和顏色空間轉換,并用VHDL語言實現(xiàn)。
　　 (7)在完成了系統(tǒng)軟件的描述后,進行了系統(tǒng)硬件的搭建,包括FPGA板、視頻信號采集板和鏡頭之間的連接。
　　 整個視頻信號處理系統(tǒng)在XUPV5-LX110T FPGA上驗證,變倍放大后具有自動聚焦功能,自動聚焦執(zhí)行時間在2秒以內,視頻信號的分辨率由736*576提升到1024*768,格式由8位YCbC