0. 概述

做FPGA開發(fā)或者是嵌入式開發(fā)，數(shù)字圖像處理是一個很大的領(lǐng)域，回顧下大學里學的模電，數(shù)電，單片機原理，數(shù)字圖像處理，通信理論，MATLAB，目前比較前沿的Python等知識聯(lián)系起來，能更好的指明人生規(guī)劃的方向。

1. 模擬電路

都記得我們大學學習的一門課程，模擬電路嗎？難，枯燥，又感覺沒有鬼用。但其實它是模擬世界到數(shù)字世界的一道橋梁，模擬信號到數(shù)字信號01。我們現(xiàn)在想想，數(shù)字圖像是怎么通過模擬轉(zhuǎn)為數(shù)字的？

光有強有弱，呈現(xiàn)在我們眼睛里就是一副灰度圖像（紅外圖像），再加上顏色區(qū)分就是彩色圖像（RGB圖像），再加上多個截面的圖像就是3D圖像（人臉識別的圖像）。光信號的強度大小需要經(jīng)過量化后變?yōu)閿?shù)字信號，即ADC轉(zhuǎn)換。對，就是模擬電路里面的模數(shù)轉(zhuǎn)換，例如用8位ADC將光信號量化位0~255的數(shù)字量就是灰度值，同時ADC轉(zhuǎn)化時需要配合一些運放組成的模擬電路，ADC和運放就是模擬電路。

光信號通過一路ADC和運放組成的模擬電路將光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號得到矩陣灰度值就是灰度圖像；那彩色圖像怎么來的了？我們知道任何顏色都是有RGB三色組合而來，那我們可以用R的濾光片將R色過濾出來給一路ADC和運放組成的模擬電路轉(zhuǎn)化為R矩陣值，同樣得到G矩陣值和B矩陣值；最后得到的就是RGB的彩色圖像；采集多個截面的圖像對應的RGB值就得到3D圖像了。

下面是通過python獲取一幅RGB圖片的信息，是一個矩陣9664*1728*3*8bits數(shù)據(jù)，其中第一個像素的值就是（227,232,236），它正是由3路ADC采集加運放處理得到的數(shù)字量。

2. 數(shù)字電路和單片機原理

還記得數(shù)字電路上對應的實驗都是VHDL的實驗嗎？數(shù)字電路告訴我們各種數(shù)字邏輯：非或與異。這些邏輯讓我們能夠通過底層的邏輯來實現(xiàn)各種復雜的處理邏輯。還記得當時的數(shù)字電路實驗嗎？先是通過最簡單的各種門電路芯片（7系列數(shù)字芯片）來搭建數(shù)字交通燈等，接著是通過FPGA來搭建數(shù)字交通燈，還有用單片機來搭建數(shù)字交通燈，為什么同樣的實驗要來來回回做了？老師從來沒有告訴過我們，我們也從來沒有想過為什么：

門電路搭建交通燈，是為了讓我們深刻理解數(shù)字電路的底層邏輯，這也是為什么很多做了很久FPGA的人還入不了門，搞不清FPGA的編程思想，把HDL當成C來使用，有點我們從事FPGA開發(fā)的要明白，F(xiàn)PGA里面的最小單元是LUT+REG，而不是大學學的各種門；

FPGA來搭建交通燈，書本中用的是VHDL而不是Verilog，因為VHDL更接近底層，通過HDL編程來讓我們明白硬件描述語言這個強大的工具，能不能弄透HDL決定你是否完全入門FPGA；

接著是使用單片機來實現(xiàn)交通燈，這個時候我們用的是匯編或者C來實現(xiàn)的，其實最好的過程還是先匯編后C來實現(xiàn)，因為這門課程是單片機原理，目的是讓大家學習后懂了單片機原理。

而現(xiàn)在的FPGA應用中不光是HDL的開發(fā)，而是HDL+CPU開發(fā)，已經(jīng)越來越是嵌入式的集合體，所以我們思路更需要打開：

現(xiàn)在回想起來，大學里面學的數(shù)字電路都是重要的基礎(chǔ)理論知識，懂得數(shù)字電路和單片機原理，才能更好的用來學習FPGA、單片機、DSP等。但是從來沒有老師告訴我們交叉學習這些理論的重要性，而只是玩玩混混實驗。

3. 數(shù)字信號處理、通信理論等

還記得數(shù)字信號處理一開始接介紹了ADC，接著就是各種看不懂而沒意思的公式，卷積、傅里葉等等。那時候，唯一的有點實踐的操作就是MATLAB上機實驗，但大多是抄抄抄。更不用說通信理論了，那東西更是空空空，感覺一輩子也不會用上。

但是，我們發(fā)現(xiàn)隨著工作年限和能力的提升，我們也后悔當初沒學好這些理論知識，工程實踐沒了這些理論知識，身價掉好多，F(xiàn)PGA做算法的待遇你懂的，但是要做好需要很強的數(shù)學等理論功底。

比如：下面的FFT的IP核使用，IP核例化使用沒什么難的，但是對應的原理和如何進行信號處理的話，就需要我們?nèi)パa補相關(guān)的理論：

同樣，H.264視頻壓縮相關(guān)的概念也和信息論理論有很大的關(guān)系，雖然說我會用就行了，不一定要懂的理論知識，但是玩的轉(zhuǎn)的大牛都是對理論理解很徹底的。

4. MATLAB和PYTHON

MATLAB是之前我們做嵌入式常用的高級語言驗證工具，用來學習理解線性函數(shù)等數(shù)學原理，驗證算法，生成ROM的參數(shù)表等。現(xiàn)在比較火的Python也是一個不錯的選擇，而且還非常容易上手，可以用它做一些簡單的操作來加速工程開發(fā)，下面是通過Python的PIL庫做的一些簡單圖像處理的效果圖，有興趣的話，大家可以去做更深入的研究：

RGB轉(zhuǎn)灰度圖效果：

邊緣檢測效果：

直方圖均衡效果：

5. 個人感觸

回顧大學數(shù)模電，覺得以前沒用的東西，現(xiàn)在很有用而不得不得去重弄。所以，不管你現(xiàn)在在做什么，做的并不是感覺上的毫無用處，指不定未來就靠它來改變你的命運，為了以后的自己，做最好的現(xiàn)在。

如果你很幸運，還在上大學，就應該把大學所學的東西當成一個整體，學以致用，比同齡人再走遠一步。