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| 基于FPGA的水文视频监测系统的设计与实现 摘要 我国国土面积辽阔，山川河流不计其数。相对应的，降雨量分布并不均匀，每到汛期，洪涝灾害屡见不鲜，不仅给国家造成了大量的经济损失，也使河流附近的人民难以维持正常的生活。为了把自然灾害造成的经济损失降到最低，采集水文监测数据信息，合理地分布及调控水资源的措施必不可少。水文监测作为一门专业性强、实用性强、经济效益显著的学科，通过在河流水域附近建立水文站，对河流进行水文视频监测。水文监测的主要任务包括测量水位和流速等。目前的测量方法多采用远程传感器传输数据，在前期准备和实时数据采集方面都有一定的局限性。随着近几年机器视觉的发展，结合FPGA的特点，可以设计一个方便、经济、高效的远程水文监测系统，应用图像处理技术来测量水位。图像处理技术已经逐渐融入人们的日常生活之中，其特点是数据运算量大、处理速度高。现场可编程器件（FPGA）其丰富的内部逻辑存储资源、高处理速度和可移植性等，使其广泛应用于实时图像处理中。 论文首先介绍研究背景，视频监控系统的发展及现状。然后通过方案论证设计出系统框架，包括视频图像采集、存储、处理和VGA显示。本文选取了Omni Vision公司的OV7670芯片作为视频采集图像传感器，ALTERA公司的Cyclone IV系列作为核心处理芯片，然后结合视频D/A转换器ADV7123芯片完成VGA视频图像显示，其中还需要搭配两块Samsung公司的SDRAM4M*16bit的K4S641632芯片与FPGA共同完成图像帧存储及处理部分。具体的实现过程大致如下：采用OV7670芯片采集实时视频图像，通过SCCB接口将数据送到 EP3C5F256A7N中，进行I2C总线配置，使采集芯片工作在预定的模式下；将采集得到的标准RGB格式数据送至SDRAM控制器模块中，通过写时钟控制将RGB数据存在SDRAM中，同时可通过读时钟读出数据；此时是两块SDRAM进行乒乓操作：一路SDRAM接受来自视频采集得到的图像，进行读取，送至FPGA处理，然后写出的数据直接送到本地VGA 显示，即实时采集到的彩色图像；另一路SDRAM在上一路做写出数据操作时，该SDRAM进行读取；反复如此。 整个视频图像处理系统的实现，关键部分是FPGA主控处理模块的程序设计，包括灰度化、边缘检测及字符识别，利用硬件描述语言完成，并在Quartus Ⅱ软件开发平台和Modelsim软件下完成了系统的程序设计与仿真验证。最后，简单介绍了调试测试过程及边缘检测结果。在FPGA硬件平台上能够高效的完成实时监控以及边缘检测等复杂算法的实现，满足国内中小型河流的水文水位监测的需求，尤其适合用于偏僻、复杂的水域环境，对水资源的监控与利用提供了有力的保障。 关键词：视频监测，FPGA，硬件描述语言，边缘检测 |
