摘要：图像的边缘检测技术是计算机视觉领域的基础性技术之一,并且边缘信息作为图像特征提取的一个重要参数，其正确的检测有利于分析出目标识别、定位以及分类等一系列问题。传统的边缘检测主要通过计算机或是DSP芯片来实现，这两种方法已经不能适应数字图像处理实时性日益提高的需求。FPGA因其并行性好和实时性强等优点，非常适用于图像处理的算法中。为此本文提出一种基于FPGA的图像边缘检测系统。

本文基于Sobel算子的边缘检测算法,采用自行开发FPGA的技术，设计了图像边缘检测系统。系统的硬件部分包括FPGA核心电路，电源电路，摄像头电路，键盘电路以及显示电路等五个部分。FPGA内部逻辑设计包括六部分，分别为摄像头驱动逻辑设计，数据存储模块逻辑设计，数据矩阵生成逻辑设计，图像预处理逻辑设计，图像边缘检测逻辑设计和显示逻辑设计。系统通过图像传感器采集图像，并用通过FPGA内部逻辑实现边缘检测，并将边缘结果显示于VGA屏幕。同时系统采用流水线技术，去除时钟等待周期，极大的提高了系统的吞吐量。

经过运行测试，本系统可实现图像的实时边缘检测，效果良好。该系统稳定性好、处理速度快，其架构可广泛用于数字图像处理领域，具有重要的实用价值和工程意义。

关键词：sobel算子；现场可编程门阵列（FPGA）实现；图像的边缘检测

目录

摘要

Abstract

1 前言-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 国内外发展现状-2

1.3主要研究内容-3

2 设计方案-4

2.1 总体方案设计-4

2.2 图像边缘检测算法研究-5

2.2.1 Roberts算子-6

2.2.2 Prewitt算子-6

2.2.3 Sobel算子-7

2.2.4Sobel算子的实现-8

3 系统硬件设计-9

3.1FPGA核心电路-9

3.2VGA显示电路-10

3.3 电源电路模块-13

3.4摄像头硬件电路模块-14

3.5 按键硬件电路模块-16

4 FPGA逻辑设计及仿真-18

4.1数据矩阵生成逻辑设计及仿真-18

4.1.1Shift register的实现-18

4.1.2数据矩阵模块逻辑仿真-20

4.2摄像头控制逻辑设计及仿真-21

4.2.1 摄像头控制逻辑设计-21

4.2.2摄像头逻辑仿真-23

4.3边缘检测逻辑设计与仿真-23

4.3.1 边缘检测逻辑设计-23

4.3.2 边缘检测逻辑仿真-24

4.4 VGA显示逻辑设计及仿真-25

4.4.1频率与幅度控制逻辑设计-25

4.4.2VGA显示模块逻辑仿真-26

5 系统调试与测试-28

5.1 系统调试-28

5.2 实验测试-29

结    论-31

附录A 系统原理图-33

附录B系统实物图-34

附录C源程序-35

致    谢-50