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基于FPGA的嵌入式图像采集卡的研究的任务书

一、研究背景及意义：

随着图像处理技术的不断发展，图像采集卡的应用越来越广泛。目前，

市面上主流的图像采集卡均采用FPGA芯片作为核心处理器，可实现高速、

高精度的图像采集和处理。因此，基于FPGA的嵌入式图像采集卡的研究

和开发有着重要的意义。

本课题研究的是基于FPGA的嵌入式图像采集卡，它具有体积小、功耗低、

性能稳定等特点，可以广泛应用于医疗影像、工业视觉、安防监控、航

空航天等领域。

二、研究内容和任务：

1.分析图像采集卡的工作原理和体系结构，设计基于FPGA的嵌入式图

像采集卡的硬件电路；

2.熟悉并运用VerilogHDL进行FPGA硬件设计，并采用QuartusII进行

FPGA逻辑仿真和布局布线；

3.学习并运用C语言进行嵌入式软件设计，熟悉FPGA与ARM的通信方

式，编写FPGA控制器程序；

4.完成FPGA图像采集模块的逻辑设计，包括图像存储器、时序发生器、

图像传输接口等；

5.设计图像信号预处理模块，包括噪声过滤、图像增强等功能；

6.研究基于DSP的图像处理算法，如图像的滤波、分割、特征提取等，

设计实现图像处理模块；

7.综合硬件电路和软件程序，完成基于FPGA的嵌入式图像采集卡的设

计和实现，进行功能测试和性能评估，检验其实用性和可靠性。

三、研究方法和步骤：

1.硬件电路设计：了解图像采集卡的原理和FPGA芯片的特点，设计采

集卡的硬件电路，包括图像采集模块、时钟发生器、图像存储器、图像

传输接口等；

2.逻辑设计：采用VerilogHDL进行FPGA逻辑设计，包括采集模块控制

逻辑、图像存储器控制逻辑、时序控制逻辑等；

3.FPGA布局布线：采用QuartusII对逻辑设计进行仿真分析和布局布线，

完成逻辑设计的实现；

4.软件设计：使用C语言进行嵌入式软件设计，编写控制器程序，实现

硬件电路与软件的通信和控制；

5.图像预处理算法设计和实现：实现噪声过滤、图像增强等预处理功能，

并研究基于DSP的图像处理算法实现图像滤波、分割、特征提取等功能；

6.集成测试：将硬件电路和软件程序进行集成测试，检测硬件与软件的

兼容性和稳定性，完成图像采集卡的功能测试和性能评估。

四、预期成果：

1.基于FPGA的嵌入式图像采集卡的硬件电路设计和实现；

2.基于FPGA和ARM的图像采集和处理控制器程序；

3.实现图像信号预处理和基于DSP的图像处理算法；

4.完成基于FPGA的嵌入式图像采集卡的功能测试和性能评估报告。

五、研究计划：

第一阶段（1-2周）：熟悉图像采集卡的工作原理和体系结构，学习

VerilogHDL和QuartusII的基本使用方法。

第二阶段（3-4周）：设计硬件电路，编写VerilogHDL代码并进行仿真

分析和布局布线，完成FPGA逻辑设计。

第三阶段（5-6周）：编写嵌入式软件程序，实现FPGA与ARM的通信

和控制，完成FPGA控制器程序的编写。

第四阶段（7-8周）：设计图像信号预处理模块，包括噪声过滤、图像增

强等功能，并完成基于DSP的图像处理算法的研究。

第五阶段（9-10周）：综合硬件电路和软件程序，进行集成测试和功能

调试，完成基于FPGA的嵌入式图像采集卡的设计和实现。

第六阶段（11-12周）：进行性能评估和实验验证，撰写论文和报告，准

备答辩。