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。

//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

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。