01
FPGA与图像处理概述
FPGA基本概念、图像处理基础、为什么用FPGA做图像加速、课程整体框架。
入门概念
02
开发环境搭建
Vivado/Quartus安装、仿真工具配置、FPGA开发板选型建议、第一个LED灯实验。
工具实操
03
Verilog基础与图像数据表示
Verilog语法速通、图像像素的二进制表示、RGB与灰度转换原理、行缓存与帧缓存概念。
Verilog数据
04
流水线设计基础
流水线概念、时空图分析、图像处理中的流水线应用、关键路径优化。
架构时序
05
同步设计与跨时钟域
单比特同步器、多比特异步FIFO、图像数据流的跨时钟域处理、亚稳态问题。
时钟FIFO
06
图像灰度化算法实现
灰度化公式推导、并行计算架构、Verilog代码实现、仿真验证。
算法并行
07
图像二值化与阈值分割
全局阈值与局部阈值、硬件友好型阈值计算、二值化IP核设计、实验结果分析。
分割IP核
08
图像直方图统计
直方图概念、FPGA并行统计架构、双端口RAM应用、实时直方图显示。
统计RAM
09
直方图均衡化
算法原理、累积分布函数计算、查找表实现、硬件加速效果对比。
增强LUT
10
图像滤波基础
卷积运算原理、边界处理策略、FPGA实现卷积的通用架构。
卷积架构
11
均值滤波与高斯滤波
均值滤波硬件实现、高斯核生成、流水线优化、资源消耗分析。
滤波优化
12
中值滤波算法
排序网络设计、3x3窗口实现、硬件排序器、与均值滤波对比。
排序窗口
13
Sobel边缘检测
梯度计算、方向信息提取、双阈值处理、FPGA实现细节。
边缘梯度
14
Canny边缘检测（上）
非极大值抑制、双阈值检测、硬件友好型改进。
Canny抑制
15
Canny边缘检测（下）
边缘连接算法、状态机设计、完整Canny加速器架构。
状态机加速器
16
图像缩放算法
最近邻插值、双线性插值、坐标计算模块、行缓冲优化。
插值行缓冲
17
图像旋转与仿射变换
旋转矩阵、坐标映射、反走样处理、FPGA实现挑战。
几何坐标
18
色彩空间转换
RGB2YCbCr、YCbCr2RGB、硬件乘法器优化、流水线设计。
色彩流水线
19
帧差法与运动检测
背景建模、帧差计算、运动区域标记、实时监控应用。
运动实时
20
光流法基础
Lucas-Kanade算法、硬件加速架构、金字塔实现、性能评估。
光流金字塔
21
形态学操作
膨胀与腐蚀、开闭运算、硬件实现、去噪应用。
形态学去噪
22
图像金字塔
高斯金字塔、拉普拉斯金字塔、降采样与升采样、多尺度分析。
多尺度采样
23
离散余弦变换（DCT）
DCT公式推导、蝶形运算、FPGA实现、JPEG压缩基础。
变换压缩
24
快速傅里叶变换（FFT）
FFT原理、基2算法、流水线FFT架构、频域滤波。
频域FFT
25
卷积神经网络加速基础
卷积层硬件化、池化层实现、激活函数、量化技术。
CNN量化
26
Systolic Array设计
脉动阵列原理、数据流分析、矩阵乘法加速、性能模型。
脉动阵列矩阵
27
Winograd卷积算法
算法推导、硬件映射、与Systolic Array对比、实际部署。
Winograd高效
28
视频处理管线设计
Camera接口、ISP管线、DDR控制器、显示输出。
视频ISP
29
AXI4-Stream总线与图像传输
AXI4-Stream协议、数据打包、带宽计算、DMA设计。
总线DMA
30
综合项目：实时边缘检测系统
系统架构、模块集成、上板调试、性能优化与总结。
项目综合