在诸多行业的材料及材料制成品中，表面缺陷是影响产品质量的重要因素之一。研究具有显微图像实时记录、处理和显示功能的材料表面缺陷检测技术，对材料的分选和材料质量的检查及评价具有重要的意义。 本文以聚合物薄膜材料为被测对象，研究了适用于材料表面缺陷检测的基于现场可编程门阵列(FPGA)的缺陷数据实时处理技术，可实时提供缺陷显微图像信息，完成了对现有材料缺陷检测装置的数字化改造与性能扩展。本文利用FPGA并行结构、运算速度快的特点实现了材料缺陷的实时检测。搭建了以FPGA为核心的缺陷数据处理系统的硬件电路；重点针对聚合物薄膜材料缺陷信号的数据特征，设计了基于FPGA的缺陷图像预处理方案：首先对通过CCD获得的聚合物薄膜材料的缺陷信号进行处理，利用动态阈值定位缺陷区域，将高于阈值的数据即图像背景信息舍弃，保留低于阈值的数据，即完整保留缺陷显微图像的有用信息；然后按照预先设计的封装格式封装缺陷数据；最后通过USB2.0接口将封装数据传输至上位机进行缺陷显微图像重建。此方案大大减少了上传数据量，缓解了上位机的压力，提高了整个缺陷检测装置的检测速度。本文对标准模板和聚合物薄膜材料进行了实验验证。实验结果表明，应用了基于FPGA的缺陷数据实时处理技术的CCD扫描缺陷检测装置可对70μm～1000μm范围内的缺陷进行有效检测，实时重建的缺陷显微图像与实际缺陷在形状和灰度上都有很好的一致性。
上传时间： 2013-05-19
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随着红外探测技术和超大规模专用集成电路的发展，实时红外成像系统得到了越来越广泛的应用。如何针对红外图像的特性对红外图像进行实时处理，得到能真实反映探测场景、适合观察分析的红外图像是目前红外成像技术的研究热点。针对红外图像在被采集后立即进行预处理，简化后级数字信号处理单元的繁重任务，在红外成像技术中具有重要意义。本论文主要工作如下： (1)对红外成像的原理、红外图像的形成过程、红外图像的特征以及红外图像与可见光图像的区别进行了阐述。 (2)简要介绍了频域中图像的增强算法，以及图像的灰度变换原理。 (3)通过对时域中各种算法的分析对比，以及时域处理与频域处理的对比，选择数种适合红外图像预处理的算法进行硬件实现，然后再根据硬件实现的难易程度和算法对硬件资源的占用率，以及最终对图像的处理效果，选择一种最佳的平滑和锐化方法。 (4)针对FPGA的特点，采用了模块化结构设计，方便构成并行运算，充分体现了实时处理的要求。 (5)分析了红外图像灰度变换的硬件构成，实现了对红外图像的直方图统计。 (6)阐述了I2C总线标准，使用I2C总线对SAA7115视频图像处理芯片的控制，对模拟的红外图像采集、量化成数字图像信号；由于采用SDRAM进行数据的存储，所以针对数据的存储及读取方式设计了SDRAM存储器的控制器，将量化后的数据存储到SDRAM存储器。 (7)详细阐述了图像频域处理的硬件实现方法，并特别说明了DFT的FPGA硬件构成方法及这种方法与DSP处理器构成方法的区别。然后针对整个系统的时序构成及时序要求，采用了PLL核构成了系统的时序部分，并对系统进行了优化，以提高运行速度及减少资源占用率。
上传时间： 2013-07-12
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激光测距是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的精确度特性广泛地应用在军事和民用领域。但传统的激光测距系统大多采用分立的单元电路搭建而成，不仅造成了开发成本较高，电路较复杂，调试困难等诸多问题，而且这种系统体积和重量较大，严重阻碍了激光测距系统的普及应用，因此近年来激光测距技术向着小型化和集成化的方向发展。本文就旨在找出一种激光测距的集成化方案，将激光接收电路部分集成为一个专用集成电路，使传统的激光测距系统简化成三个部分，激光器LD、接收PD和一片集成电路芯片。 本文设计的激光测距系统基于相位差式激光测距原理，综合当前所有的测相技术，提出了一种基于FPGA的芯片运用DCM的动态移相功能实现相位差测量的方法。该方法实现起来方便快捷，无需复杂的过程计算，不仅能够达到较高的测距精度，同时可以大大简化外围电路的设计，使测距系统达到最大程度的集成化，满足了近年来激光测距系统向小型化和集成化方向发展的要求，除此，该方法还可以减少环境因素对测距误差的影响，降低测距系统对测试环境的要求。本论文的创新点有： 1.基于方波实现激光的调制和发射，简化了复杂的外围电路设计； 2.激光测距的数据处理系统在一片FPGA芯片上实现，便于系统的集成。 在基于DCM的激光测距方案中，本文详细的叙述了利用DCM测相的基本原理，并给出了由相位信息得到距离信息的计算过程，然后将利用不同测尺测得的结果进行合成，并最终将距离的二进制信息转换成十进制显示出来。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro开发板做为开发平台，通过编程和仿真验证了该测距方案的可行性。在采用多次测量求平均值的情况下，该测距方案的测距精度可以达到3mm，测距量程可达100m。该方案设计新颖，可将整个的数据处理系统在FPGA芯片中实现，为最终的专用集成芯片的设计打下了基础，有利于测距系统的集成单片化。
上传时间： 2013-06-20
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随着科学技术的不断发展，视频图像处理的应用越来越广泛，各种图像处理算法日趋成熟，相关的硬件技术更是不断推陈出新。现代大规模集成电路VLSI技术的迅猛发展为视频图像处理技术提供了硬件基础。其中，现场可编程门阵列FPGA用于嵌入式视频图像处理有其独特优势。FPGA高性能、高集成度、低功耗的特点不仅使其具备高速CPU的性能，而且其可编程性使得设计者可以方便的通过对逻辑结构的修改和配置，完成对系统的升级。 本文根据FPGA的并行处理特点，以及其在实时图像处理方面的优势，进行了基于FPGA的全景图像处理系统的设计。在设计过程中，广泛查阅了相关资料，通过分析系统的功能，进行具体器件的选型，最后确定红色飓风Ⅱ代开发板及其扩展板作为本系统的硬件开发平台。然后通过编写相应的驱动程序(I2C总线控制器、SDRAM控制器)，应用程序(视频数据接收与存储逻辑模块)，实现系统图像采集、存储的功能。本文的所有逻辑模块均采用Verilog HDL语言进行描述设计。 本文最后对系统进行了调试。经实验验证，系统达到了图像实时采集、存储的功能，能进行正确可靠的工作。该系统为后续的图像处理打下了坚实的基础，同时整个系统的逻辑模块资源消耗只占FPGA(EP1C12)的百分之几，剩余资源还可以来用作一些硬件算法。
上传时间： 2013-07-02
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激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。 本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。 本文基于xil inx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。
上传时间： 2013-06-12
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光斑质心检测系统是APT精跟踪伺服系统的关键技术之一，目前的光斑检测系统大多是基于PC机的，存在着高速实时性、稳定性问题。在总结各种检测算法的基础上，本文提出了基于FPGA的图像处理算法，实现了激光光斑中心的高速实时检测。 文中主要采用3×3窗口模块和自适应阈值模块，先对CCD输入数据进行处理，判断光斑的范围，然后再运用光斑的质心算法对光斑所占的像元进行运算，得出光斑位置的脱靶量，最后用VGA格式将图像显示在LCD上。本文达到了的3000帧/s的脱靶量帧速，精度为2urad的技术指标，实现了高速率、高精度的精跟踪要求。
上传时间： 2013-04-24
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本文在深入分析红外焦平面阵列热成像系统工作原理的基础上，根据红外图像处理系统的实际应用，研究了相应的图像处理算法，为使其实时实现，本文对算法基于FPGA的高效硬件实现进行了深入研究。首先对IRFRA器件的工作原理和读出电路结构进行了分析，叙述了相应的驱动电路设计原理和相关模拟电路的处理技术。然后，以本文设计的基于FPGA高速红外图像处理硬件系统为运行平台，针对红外温差成像图像高背景、低对比度的特点和系统中主要存在的非均匀性图案噪声，研究了非均匀性校正和直方图投影增强算法的实时实现技术。还将基于FPGA的红外图像处理的实现技术，拓展到一些空域、频域及基于直方图的图像处理基本算法。其中以红外增强算法作为重点，引入了一种易于FPGA实现、基于双阈值调节、可有效改善系统成像质量的增强算法。并在FPGA硬件平台上成功地实现了该算法。最后，本系统还将处理后的图像数据转化成了全电视信号，实时地显示在监视器上。实验结果表明，本文设计的系统，能够很好地完成大容量数据流的实时处理，有效地改善了图像质量，显著提高了图像显示效果。
上传时间： 2013-07-02
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系统)系统中，雷达信号的处理器的能力己成为制约雷达目标录取、跟踪处理能力和可靠性以及整个VTS系统工作的主要因素。随着区域性VTS的建立，要求将雷达信号以最高的质量和最低的代价远距离传输，而达到这一要求的关键技术环节一雷达信息的压缩处理也将受到雷达信号预处理系统的影响。 因此，研究更有效的VTS雷达信号预处理系统是一项很有价值和实际意义的工作。本文是在前人研究成果的基础上，面向实际应用的需求，主要研究VTS雷达信号预处理算法的设计方法和实现手段，设计完成了一个数字化的雷达原始信号实时采集与处理系统。 本设计主要包括雷达信号的采集、杂波抑制处理以及与DSP芯片的信号传输。在硬件结构上，本设计采用FPGA完成信号的采集、CFAR处理和雷达信号检测器的设计，将大量的以前需要由DSP芯片来完成的算法移植到FPGA中实现，大大减轻了DSP芯片的工作压力，也减小了系统的体积。 在算法研究中，设计中重点讨论了杂波的抑制方法和目标的检测方法。本文在研究了大量现有的雷达信号杂波抑制及信号检测的算法的基础上，比较了各种算法的优劣，最终选择了一种适合本次设计要求的CFAR算法和双极点滤波雷达信号检测器在FPGA中实现。 论文中对设计中所采用的方法给出了理论分析、试验仿真结果和试验实际调试结果。通过本文所述的设计和实验，本文设计的雷达信号预处理系统对雷达视频信号的采集与传输都有很好的效果，所选用的杂波处理算法对雷达杂波、雨雪杂波和陆地回波都具有较好的抑制作用，能有效地处理雷达杂波中的尖峰成分，使信噪比得到较大改善。
上传时间： 2013-04-24
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软件无线电是无线电领域研究的热点。现阶段限于硬件的发展水平，大多采用宽带中频带通采样数字化结构，数字中频技术就成为实现该结构的关键技术。目前FPGA器件在数字信号处理技术的实现方面发挥着越来越重要的作用。本文目的正是要把这两者相结合，使数字中频处理在FPGA中得到实现，满足具体的应用要求。 首先，对软件无线电体系和数字中频处理结构进行了研究；其次，在信号采样理论、多速率数字信号处理理论、滤波器设计理论、FPGA硬件数字算法等理论的基础上，结合本文的应用需要，提出了适合于FPGA实现的数字化中频处理的系统方案：采用多相结构来高效的实现抽取，并用FIR滤波器作为低通抗混叠滤波器来实现6倍抽取的抗混叠滤波。对系统进行了Matlab仿真，以验证系统方案的可行性。再次，具体通过Vefilog编程在FPGA中硬件实现该数字中频系统。其中包括混频器模块、抽取滤波器模块、信号产生器模块。 最后对该系统进行了软件仿真和硬件功能验证，结果表明数字中频系统性能达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-26
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本文以“机车车辆轮对动态检测装置”为研究背景，以改进提升装置性能为目标，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上实现图像采集控制、图像处理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)压缩编码标准的基本系统。本文使用硬件描述语言Verilog，以RedLogic的RVDK开发板作为硬件平台，在开发工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B环境中完成软核的设计与仿真验证。 数据采集部分完成的功能是将由模拟摄像机拍摄到的图像信号进行数字化，然后从数据流中提取有效数据，加以适当裁剪，最后将奇偶场图像数据合并成帧，存储到存储器中。数字化及码流产生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA对SAA7113芯片初始化设置、控制，并对数字化后的数据进行操作。 图像处理算法部分考虑到实时性与算法复杂度等因素，从装置的图像处理流程中有选择性地实现了直方图均衡化、中值滤波与边缘检测三种图像处理算法。 压缩编码部分依据JPEG标准基本系统顺序编码模式，在FPGA上实现了DCT(Discrete Cosine Transform)变换、量化、Zig-Zag扫描、直流系数DPCM(Differential Pulse Code Modulation)编码、交流系数RLC(Run Length code)编码、霍夫曼编码等主要步骤，最后用实际的图像数据块对系统进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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