基于FPGA的形态梯度运算HDL实现

介绍了利用HDL编码器实现灰度图像侵蚀操作的过程。该操作是图像形态学中的基本处理之一，通过对灰度图像进行处理来达到特定的形态学变换。具体实现使用了FPGA编程技术，针对Virtex-ML507开发板进行了优化。详细步骤包括VHDL代码的生成、ModelSim-10.1c的模拟验证以及Xilinx Virtex-ML507的合成过程。在实际应用中，成功实现了335.171 MHz的时钟频率。

我利用HDL编码器成功实现了基于FPGA的Sobel颜色边缘检测器。此设计已在配备VGA接口的Spartan3E板上进行了有效测试。我的动机是为了克服灰度图像Sobel边缘检测的限制。

本次工作使用HDL编码器成功实现了称为“图像闭合”的基本形态学操作。这项工作的主要目的是生成适用于FPGA的可编程位文件，以直接在相关FPGA板上进行编程。在技术进步的推动下，这一设计已经通过了仿真和综合阶段。

编写通用的二值形态学运算函数，包括腐蚀、膨胀、开、闭和击中击不中变换；函数适用于不同的变换形式和结构元素类型。实验通过给定的结构元素和算子，处理任意输入的二值图像，输出变换后的图像。实验使用示例图像word_bw.bmp。

MATLAB 的 fP 风格加上HDL Coder，用来做显微图像，还挺香的。尤其是做形态学梯度这种操作，用硬件加速，速度提升那是立竿见影。项目里通过先膨胀、再腐蚀，一减，搞定边缘提取这一块。蛮适合你在做微观结构识别或者图像增强方面的任务，比如灰度图像里的细胞边界。用morp_gradient文件里封装好的逻辑，可以直接跑，而且验证部分也做得挺扎实的，省你不少时间。如果你用的是FPGA或者其他嵌入式设备，HDL Coder 能帮你把 MATLAB 代码转成Verilog或者VHDL，部署硬件也方便多了。推荐你用 MATLAB 的Test Manager去跑一遍测试，兼容性和准确率都比较稳。项目

Microsemi FPGA板的HDL Verifier支持包包含用于在受支持的Microsemi FPGA和SoC FPGA板上使用HDL Verifier进行FPGA-in-the-loop仿真的板定义文件。通过FIL仿真，使用MATLAB或Simulink在真实硬件中测试任何现有HDL代码的设计。HDL代码可以手动编写，也可以使用HDL Coder从模型子系统生成。支持的板包括Microsemi PolarFire评估套件和Microsemi SmartFusion2高级开发套件。此支持包适用于R2018a或更高版本。

在Matlab开发中，实现了灰度图像的开窗操作，并利用HDL编码器进行形态学操作。

灰度图像的形态学运算在 MATLAB 里算是比较经典的玩法，尤其你要搞点物联网设备或传感器数据预的时候，挺实用的。放大用imresize，操作简单，没啥花活，灰度图一张就一个通道，效率还不错。腐蚀操作用imerode，常拿来去噪或者让目标变瘦点，想保留主要形态就得搭配开闭运算一起用。开运算imopen先腐蚀后膨胀，去点小噪声合适。闭运算imclose反过来，能把小洞给补上，边缘修补也蛮好使。如果你想看代码，压缩包里有Dilation.m、Erosion.m这些脚本，直接运行就能见效果。嗯，做物联网监控或工业自动化前，绝对能省一堆事。

英特尔FPGA主板的HDL Verifier支持包提供了用于在FPGA在环仿真中定义主板和使用MATLAB或Simulink测试HDL代码的工具。通过FIL仿真，可以实时观察设计的信号，并使用MATLAB进行分析和验证。