基于FPGA的数字识别系统设计

第一部分 设计概述 /Design Introduction

1、概述

在图像处理领域，图像识别是较为困难而关键的技术。这项技术被广泛的应用到娱乐、工业、军事等领域。本次设计数字识别系统已经在车牌识别、运动员号码识别等多处运用。本系统包括了摄像头读取图像、图像灰度处理、数字识别、HDMI显示四个主要模块，成功识别到纯底色上的一位数字，并在显示屏上的数字表中选中该数字，基本实现了本次设计的功能。

2、成品展示

第二部分 系统组成及功能说明 /System Construction & Function Description

计划实现的功能：（1）摄像头驱动 （2）对摄像头拍摄到的图片进行灰度化处理 （3）对0-9进行识别（4）识别的结果在屏幕上对应显示

已实现的功能：（1）摄像头驱动 （2）对摄像头拍摄到的图片进行灰度化处理 （3）对0-9进行识别（4）识别的结果在屏幕上对应显示

具体操作摄像头拍摄背景为纯色的图片，将数字分别置于屏幕上红色的框中（数字必须完全在框内，且框中只能有一个数字，观察屏幕左上角图片的变化情况。（再运行工程时请刷新.coe文件地址）

项目系统框图：

整体框图结构如下：

系统输入输出信号

分模块设计

（1）分频模块

系统时钟clk_in1输入，输出out1 100MHz用于摄像头驱动，输出out2 200MHz用于图像MIPI信号转RGB

（2）摄像头驱动模块

（3）对图像MIPI信号转RGB信号模块

输出的clk_pixel像素显示时钟控制灰度化处理，数字识别和显示模块，输出的setx,sety用于定位像素点位置，输出的rgb_data即图像RGB信息，可以进行实时处理，输出的hsync,vsync,vde用于最终的HDMI显示

（4）灰度化处理模块

通过对图像RGB信息进行处理，

得到一位数的灰度信号并输出。

（5）数字识别模块

输入灰度化处理得到的二值数据，以及像素点位置坐标setx,sety，输出识别到的数字num

我们采用基于数字特征的算法进行数字的识别，通过对图像灰度化处理后产生的二值数据，然后进行数字特征的提取和统计来完成对数字的识别。

1）首先在屏幕上限定好x坐标为540-740，y坐标为227-493的部分，当摄像头拍摄到数字处于这个区域内，就可以得到识别。

2）作三条标线x1,x2,y，基于打印体，x1在竖直方向的2/5处的水平线，x2在竖直方向的2/3处的水平线，y在水平方的1/2处的垂直线，数字特征如下：

通过边沿检测，当二值数据在标线处发生一次改变，与标线的交叉点个数就加一，对于数字2，3，5，判断交叉点位置的左右，就由此就可以完成从0到9全部数字的识别。

（6）图像显示模块

统一用图像MIPI信号转RGB信号模块输出的像素时钟clk_pixel控制。

Rgb_test部分：将数字识别模块输出的num（即检测到的数字）和灰度化处理之后的二值信号以及像素点坐标信息setx,sety输入。为了方便检测，在屏幕上画出x坐标为540，740，y坐标为227，493的四根红线，识别时需要将数字放置与红线形成的框中。在左上角规定x坐标为30-130，y坐标为40-140的区域，用于显示如下图片，图片信息存放于rom中。

当识别出数字时，如识别出1，图片中数字1对应的部分背景变为黑色数字变为白色，相当于数字1“被选中”，其他情况类似，没有识别到数字时图片不发生变化，识别到0图片消失。屏幕上其余部分显示摄像头拍摄并实时处理后的灰度图像。最终输出屏幕上需要显示的图像的RGB信息。

HDMI_Driver部分：调用IP:rgb2dvi_0，将处理后的RGB信息等输入，完成HDMI显示。

第三部分 完成情况及性能参数 /Final Design & Performance Parameters

设计功能：

（1）摄像头驱动；

（2）对摄像头拍摄到的图片进行灰度化处理；

（3）对0-9进行识别；

（4）识别的结果在屏幕上对应显示。

均已实现

未识别到数字时：

识别数字时：

当数字1位于红色框中，左上角图片中的1背景变黑，数字变白，“1”被选中，与设计目标相符。

识别数字时，为了得到正确稳定的输出，数字必须完全放置于框中，且一个框中只能出现一个数字。

摄像头读取的图像：（根据摄像头的具体情况选择黑底白字或白底黑字）