“共軛變換”圖像處理算法在FPGA 上實現的研究
1、論文選題的國內外研究動態及現狀
“共軛變換”圖像處理算法是一種新的圖像處理算法。該算法分兩個階段完成：“共軛分類”與“共軛變換”。“共軛分類”使用邏輯集合，拓撲結構和幾何變量將圖像的點陣結構組成的狀態集組織成多級分層結構。“共軛變換”則基於所選擇的“共軛分類”的層次，對圖像進行統一、高效的全局變換。
與經典的圖像處理算法（例如，細胞自動機、數學形態學、細胞邏輯計算等，這些算法的缺陷是，它們基於圖像的局部表示的局部樣式進行分類）相比，“共軛變換”算法則用一種平衡的策略將圖像的所有局部樣式分類為層次結構。
該算法之所以取名為“共軛變換”是因為該算法源於最簡單的0-1的對稱性——共軛性質，它是對平衡的一種擴展。共軛變換由於基於多變量和多級分層結構，它支持靈活的可選擇性且較其他算法更為高效（在矩形格上檢測線性結構網絡時，利用“共軛變換”要比用細胞邏輯計算快42-48倍）。
“共軛變換”算法由鄭智捷教授在澳留學與工作期間創立。1994年，他在澳大利亞Monash大學發表了他的博士論文《在規則平面格上黑白圖像共軛變換》，標誌着該理論已經進入成熟階段。目前，該算法已經由鄭教授在PC上完全實現（Conjugate Structured Image Enhancer——CSIE，該程序用Java編寫，只需Java Runtime運行環境就可在任何推薦配置以上的PC上運行）。通過近十年來的實驗證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領域，“共軛變換”圖像處理算法有着優異的性能，這與這些圖像本身的特點和“共軛變換”算法基於統一、平衡的思想是密不可分的。
近年來，微光圖像，紅外圖像，x光圖像在軍事、科研、工農業生產、醫療衞生等領域的應用越來越廣泛，由於以下三方面的原因，使得我國近年來在實時圖像處理器的研究方面得到了迅速的發展：
(1) 由於這些成像器件自身存在的缺陷，造成了成像的效果並不太理想，需要對圖像進行適當的處理，以得到適合人眼觀察或機器識別的圖像；
(2) 工程應用中，在很多情況下對圖像處理的實時性的有很高的要求，這就使得各行各業對實時圖像處理器的需求越來越迫切；
(3 ) 由於近些年來微電子的迅速發展，使得可編程器件（FPGA/CPLD/DSP等）的功能越來越強，速度越來越快，容量越來越大，這就為實時處理器的研製提供了良好的條件。
也正因為此，急需要將性能高效、優異的“共軛變換”圖像處理算法應用於實時圖像處理器當中，以擴大該算法的應用面，增強其實用價值。日前，鄭教授本人正在與昆明理工大學CTI實驗室合作，對於如何運用EDA技術在可編程器件上實現“共軛變換”算法及其應用進行探索與研究，本研究課題就是在這樣的情況下應運而生的。
2、研究內容、試驗設計方案
研究內容：
·EDA開發環境的建設及EDA技術的學習
·“共軛變換”算法在“微光圖像”實時處理領域中的應用
·“微光圖像增強器”視頻流輸入輸出接口的設計與實現
·“共軛變換”圖像處理算法在FPGA上的初步實現與驗證
試驗設計方案：
·購置EDA開發學習環境並通過實例學習VHDL硬件設計語言
·使用CSIE程序對微光圖像增強進行研究
·設計“微光圖像處理器實驗電路板”及視頻流輸入輸出接口
·用VHDL實現“共軛變換”算法內核
·連機調試
3、必備的實驗條件、設備、存在的主要問題
實驗條件：
需要進行EDA開發所必需的軟件、硬件開發環境，包括設計輸入、仿真驗證、邏輯綜合軟件、電路設計與開發軟件，EDA開發板、高頻示波器、電路焊接設備等硬件設備，EDA技術外部支持
軟件環境：
·ISE 6.2i——Xilinx EDA綜合開發環境
·ModelSim6.0——Modetech仿真環境
·Synplify7.7——Synplicity邏輯綜合軟件
·Protel DXP 2004
實驗設備：
·數字示波器
·DP-FPGA——致遠公司FPGA學習開發板
·VGA—PAL轉換設備——該設備可作為視頻輸入源
·各類接插件，麪包板，萬用表等常電工常用工具
·電路焊接設備
主要問題：
·EDA開發經驗不足，需要外部技術支持；EDA技術掌握深度不夠，需努力加強
·EDA開發環境建設費用高，研究生科研經費不足，需實驗室補貼
·由於選用芯片引腳間距尺寸小，無法在昆明本地完成電路板的製作
4、進度安排，完成論文工作的時間
·2004.3—2004.4 查閲和收集資料、學習EDA開發環境，完成開題報告
·2004.4—2004.5 瞭解“共軛變換”圖像處理算法的基本知識
·2004.5—2004.6 用CSIE程序研究“微光圖像”處理
·2004.6—2004.9 設計“微光圖像增強器”電路並搭建實驗環境
·2004.9—2005.2 用VHDL設計“共軛變換”算法內核
·2005.2—2005.3 系統的測試
·2004.4—2005.5 論文撰寫、評閲與答辯
5、預期結果
·實現VHDL“共軛變換”算法簡化版的開發並使其能夠在FPGA上進行實驗驗證
·完成“微光圖像增強處理電路板”中模擬視頻輸入輸出接口的設計與開發
·聯機測試，可看到對原始微光圖像的增強效果
