本文基于Xilinx SoC平台设计并实现了一种图像配准融合加速处理系统。系统包括图像配准融合加速逻辑、图像采集与显示接口、数据管理应用程序,并使用Xillybus IP实现系统软硬件桥接。系统采用软硬件协同设计的思想,将图像处理算法与数据接口置于FPGA逻辑中实现,利用其并行、灵活的特点,尽量缩短计算时间与数据延迟,提高系统的实时性;硬件平台上搭载了Linux Ubuntu嵌入式操作系统,使系统拥有方便友好的开发界面。该系统最终实现了图像配准与融合实时处理的加速应用。本文的主要工作可被总结为以下几个方面:首先,本文分别设计了傅里叶梅林图像配准与拉普拉斯图像融合算法的硬件加速IP,并实现了两者整合。在配准部分的水平方向,为了增大数据吞吐能力,所有数据通道采用了全流水设计,并配有简单独立的数据通道控制器;底层数据通道划分3个独立时钟域,利用双口FIFO或Block RAM保证数据同步;在垂直控制上,底层数据通道控制器采用“扁平化”的管理机制,顶层模块通过组合底层流水线实现算法流程。本文以“自顶向下”和“自底向上”方法,分别完成了架构设计、功能划分,以及各数据通道实现与系统集成。融合部分也采用类似思想,并通过适当的边缘处理改善了融合质量。配准与融合分开设计,独立验证,整合一体,实现了架构与部分资源共享。其次,系统实现了图像数据接口功能。采用MT9V034图像传感器实现双路数据采集,设计了对比度增强模块,结合ADV7511驱动逻辑实现视频HDMI显示;设计并实现了I2C总线的Master端接口逻辑,用于完成相关芯片的配置。另外,MT9V034数据通道逻辑保证了采集起点的正确性,ADV7511时序驱动逻辑还实现了“帧数据自动对齐”功能。最后,为了使系统能够实时流处理,本文编写了相关软件应用。该部分在Linux多线程环境下,根据设计的软件处理架构,采用C语言完成开发,用于保证数据流在FPGA各个加速子系统与接口逻辑之间的有序处理。本设计的创新点包括:在FMT配准算法策略方面,以互功率谱的局部能量中心代替传统最大值位置,并采取由粗到精的方法,以较小处理时间和资源消耗的代价完成精度的大幅提升;在配准与融合加速逻辑设计方面,提出了一种“基于数据流分割、顶层垂直控制、本地互联、模块设计”的架构设计方法,为资源与速度的平衡、算法串行与并行的矛盾提供了一种解决思路。系统完成了256x256大小图像的配准融合加速处理。单就配准逻辑而言,在消耗较少资源的前提下,处理耗时小于10ms,相比MATLAB方法提高了两个数量级;尺度和旋转精度分别达到0.006和0.1°,平移误差小于一个像素,优于传统算法的软件实现。融合部分逻辑的处理时间不到1.5ms,并能实现较高的融合效果。配准与融合整合后可以将时间减少到11ms,并通过复用节约了存储资源。加速应用以命令形式调用,软硬件集成后系统采用数据源同步的方式,处理速度达到60FPS,且实现了采集图与融合图的HDMI显示。