1. 概述
本设计采用FPGA技术，实现CMOS视频图像的Tophat形态学滤波，并通过以太网传输(UDP方式)给PC实时显示。
2. 硬件系统框图
CMOS采用MT9V011(30万像素)，FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE IV，以太网卡采用REALTK公司的100M网卡芯片，硬件框图如下：
硬件平台采用ETree的FPGA开发板，如下图所示：
3. 算法原理
Tophat变换是原图像与开运算结果之差，突显出图像轮廓周围更亮的区域。
开运算(Opening)是先腐蚀后膨胀的过程。开运算一般是对象的轮廓变得更加光滑，断开狭窄的间断和消除细小的凸起物。因此，开运算可用于消除小物体。
膨胀是形态学滤波的基本运算。膨胀(dilate)就是求局部最大值，这样会使图像中的高亮区域逐渐增大，效果图将会拥有比原图更大的高亮区域，整体亮度会增加，同时可以连通相邻的高亮区域。
腐蚀(erode)是形态学滤波的基本运算，与膨胀是一对对立操作，求局部最小值。通过腐蚀操作后，高亮区域被腐蚀掉，会比原图更暗些。腐蚀操作会连通相邻比较暗的区域。
具体的计算公式如下：
4. 算法实现
在“开运算”输出端用原图像减去“开运算”的结果，代码如下。
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//file name: filter_tophat.v
//author: shugen.yin
//date: 2017.10.27
//function: 开运算
//log:
module filter_tophat(
input cmos_pclk,
input cmos_href,
input cmos_vsync,
input [7:0] cmos_data,
output cmos_href_o,
output cmos_vsync_o,
output [7:0] cmos_data_o
);
wire [7:0] cmos_data_open;
wire [7:0] cmos_data_old;
filter_open filter_open_inst
(
.cmos_pclk(cmos_pclk) ,
// input cmos_pclk_sig
.cmos_href(cmos_href) ,
// input cmos_href_sig
.cmos_vsync(cmos_vsync) ,
// input cmos_vsync_sig
.cmos_data_old(cmos_data_old),
.cmos_data(cmos_data) ,
// input [7:0] cmos_data_sig
.cmos_href_o(cmos_href_o) ,
// output cmos_href_o_sig
.cmos_vsync_o(cmos_vsync_o) ,
// output cmos_vsync_o_sig
.cmos_data_o(cmos_data_open)
// output [7:0] cmos_data_o_sig
);
assign cmos_data_o = (cmos_data_old>=cmos_data_open)?(cmos_data_old-cmos_data_open):8'h00;
endmodule
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与Tophat对应的还有一个Blackhat形态滤波器，用“闭运算”减去原来图像，突显出原图像轮廓周围更暗的区域。“Blackhat形态学滤波器”留给有兴趣的读者完成，算法实现方法和本篇类似。
5. 最终效果
下图为原始图片效果。
Tophat滤波后的效果图如下所示，图像轮廓周围更亮的区域被突显出来。
本文转自 shugenyin 51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/shugenyin/1976982
