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图像配准是指同一目标的两幅或者多幅图像在空间位置上的对准,也称为图像匹配或者图像相关,在测绘、遥感、医疗、军事、环境检测、灾害预防等各个方面有着非常广泛的应用。现有的嵌入式系统大都利用软件实现图像配准的核心算法,由于数据量与运算量巨大,性能和处理速度普遍不理想。在查阅大量相关国内外文献期刊的基础上,本文提出一种基于FPGA的图像配准系统的设计与实现,利用其并行处理机制和强大的运算能力来提高系统的处理速度和性能。本系统使用Altera DE2-115开发平台,FPGA从外部SRAM存储器中读取两幅图像的灰度数据,经由FPGA处理,输出两幅图像之间变换矩阵。系统包括四个主要部分：SOPC系统的总体设计、角点提取IP核设计、Harris角点提取模块设计、角点配准软件设计。SOPC系统的设计即在Qsys中完成SOPC系统的搭建,并完成NIOS Ⅱ处理器主程序的设计。角点提取IP核挂载在Avalon总线上,包括Avalon总线控制、SRAM存储器控制、角点存储器、角点提取实现四个子模块。Harris角点提取模块具体实现角点提取,使用了流水线处理和并行处理两种基本设计思路,极大地提高了角点提取的速度,允许时钟频率达到100MHz,每个时钟周期即可完成一对像素点的检测。角点配准软件包括角点配准预处理、角点粗配准和RANSAC配准三个步骤,最后使用高斯消去法求得变换矩阵的参数。还设计了上位机软件,用于观查和分析计算结果。测试表明,NIOS Ⅱ处理器和角点提取IP核能够在Cyclone Ⅳ EP4CE115 FPGA能够以100 MHz的时钟频率稳定运行,在2.622毫秒的时间内完成两幅512×512图像的角点提取,与基于通用处理器角点提取算法相比,速度极大提高,再通过软件完成角点配准并计算出变换矩阵。系统实现了预期功能,具有较高的速度、准确率和可移植性,具有广泛的应用前景。