借助FPGA技術和NI視覺開發模塊，您可以對從相機采集的圖像進行高速現場可編程門陣列(FPGA)處理。 FPGA處理尤其適用于要求圖像采集和處理之間具有低延遲的應用。 本文概述了如何在FPGA上進行圖像處理，包括典型的應用案例。
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1. FPGA編程介紹

NI LabVIEW FPGA模塊是LabVIEW圖形化編程環境的自然擴展。 您可以使用VHDL等底層語言進行復雜的FPGA編程。 但是如果您熟悉LabVIEW，您將可快速學會使用LabVIEW FPGA。 這可大幅縮短FPGA編程應用的開發時間，避免進行自定義硬件設計。 與使用HDL進行編程不同，您可以在LabVIEW程序框圖界面上開發應用，LabVIEW FPGA會合成圖形化代碼并將其部署到FPGA硬件上。

2. FPGA圖像處理

許多圖形處理算法具有內在并行性，因此適用于使用FPGA。 這些包含感興趣像素、行和區域運算的算法不需要圖案(pattern)等高級圖像信息。 您可以同時對多個小區域位或圖像的多個區域執行這些函數。 圖像數據也可以并行傳輸到FPGA并同時進行處理，這是因為數據的處理不需要使用中央處理器。 NI視覺開發模塊包含了50多個圖像處理函數，可結合NI LabVIEW FPGA模塊在FPGA上處理圖像。 以下列出了幾個視覺開發模塊可以用于FPGA的圖像處理函數示例：

預處理?

圖像變換

圖像算子

陰影校正

拜爾解碼

色彩空間轉換

一維和二維快速傅里葉變換

濾波（平滑/銳化）

二值形態學

特征抽取

邊緣、線和棱角

二進制對象

顏色

測量

質心

面積測算

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3. 視覺開發模塊FPGA功能概述

視覺開發模塊與NI LabVIEW FPGA模塊一起安裝后，“視覺”選板就會包含用于FPGA圖像處理的函數。

圖1. 視覺選板包含了多個用于FPGA圖像處理的函數。

視覺選板包含了圖像變換VI，可用于FPGA和CPU之間的圖像傳輸。 第二部分——FPGA視覺應用案例探討了不同的應用場景以及為什么FPGA和CPU之間傳輸圖像時有時需要轉換圖像。

NI視覺開發模塊包含了Vision Assistant Express VI，該VI可通過握手和同步自動生成LabVIEW FPGA圖像處理代碼，無需編寫底層同步代碼。 您可以通過LabVIEW程序框圖打開Vision Assistant，也可以將其作為一個獨立的程序打開來創建針對特定NI硬件的LabVIEW項目。

圖2. Vision Assistant可作為一個獨立的程序打開來生成針對特定硬件的代碼。

選擇好硬件之后，Vision Assistant可以估算出圖像處理腳本所需的FPGA資源。 然后生成一個包含一個主機VI和FPGA VI的LabVIEW項目來進行圖像處理和轉換。

圖3. 創建圖像處理腳本之后，Vision Assistant將自動生成一個包含硬件終端、主機VI（如果規定的話）和FPGA VI的LabVIEW項目來進行圖像處理和轉換。

4. FPGA視覺應用案例

應用場景1： 僅FPGA的處理，用于高速控制

FPGA圖像處理可降低圖像分析所需的計算資源。 由于FPGA是一個硬件資源，因而可將CPU資源釋放出來來執行其他運算。 執行分析時不需要CPU的干預，因此大大降低了圖像處理到控制信號輸出之間的延遲。 圖4顯示的例子可幫助您了解如何使用FPGA來釋放CPU資源。 在本例中，FPGA執行所有的圖像處理并生成輸出信號。 這使得系統延遲降到最低，從而能夠快速生成控制信號。

圖4. 所有處理任務均在終端的FPGA上執行。 這使得CPU能夠執行其他任務，從而最大程度降低系統延遲。