● 摘要
本文对实时图像处理技术进行了研究。探讨了多指令流多数据流图像并行处理拓扑结构，提出了一种具有柔性结构的图像并行处理机，称之为柔性图像并行处理机；分析比较了柔性图像并行处理机与典型图像并行处理机在结构和性能方面的差异；为了验证这种柔性图像处理结构的合理性和可实现性，给出了一种基于TI公司C6000系列DSP的柔性图像并行处理机硬件电路的实现方案，并且完成了该实时图像处理装置的图像采集、图像处理部分的软硬件设计和调试工作；最终理论分析和实验结果表明，柔性图像并行处理机适应能力强，结构灵活，便于调整、扩展和升级，并且具有可实施性。 在理论方面，本文深入研究了图像并行处理机结构，分析了图像并行处理结构对于时间和空间的交错利用的方式，指出了当前图像并行处理结构设计中存在的问题。在此基础之上提出了柔性图像并行处理机以改善图像处理结构的灵活性、可扩展性。通过与典型图像并行处理机在物理结构、数据流传递方式和流水线组织形式等方面对比，在理论上分析论证了柔性图像并行处理机在结构方面的优缺点。 硬件电路设计方面，本文提出的柔性图像并行处理机验证系统包括：图像采集、图像处理、图像数据验证三个主要的部分，其中图像数据采集部分和图像数据处理部分作重点讨论。图像采集部分中，视频解码芯片采集CCD摄像机输出的复合视频信号并分离出同步时钟。FPGA根据同步时钟从解码芯片中读取图像数据并计算出存储地址将数据存储在SRAM中，形成帧矩阵。为了保证实时性，以帧为单位乒乓存储和发送图像帧数据到图像处理部分。采集部分的时序、逻辑均由FPGA经Verilog HDL编程实现。受实验条件等因素限制，图像处理部分设计做了简化，使用两枚DSP作为PE（Processing Element）组成局部并行处理结构PU(Processing Unit)。模块内部底层程序和图像处理算法均在CCS(Code Composer Studio)环境下由C语言编程实现。图像数据验证部分作为验证系统的辅助部分用于前期系统调试和后期图像算法效果验证。这一部分包括VGA显示和USB两个独立功能模块。论文对柔性图像并行机结构验证系统实现过程中的关键技术进行了详细的介绍，给出了验证系统部分功能性调试结果。最后论文指出了课题中存在的不足和改进的方向。