專利名稱：一種基于fpga的圖像景物邊緣提取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置。
背景技術(shù)：
圖像景物邊緣提取是數(shù)字圖像處理的重要組成部分，在圖像分割、目標區(qū)域識別、 區(qū)域形狀提取分析等領(lǐng)域有著重要的應用。圖像景物邊緣提取能使使圖像原有信息調(diào)整到適當標準，以改善圖像的視覺效果，消除圖像質(zhì)量劣化的原因(如模糊)，使圖像中應有的對象邊緣變得輪廓分明。在圖像景物邊緣提取過程中，常因為噪聲或圖像分辨率較低等因素，出現(xiàn)邊緣提取效果不佳。在滿足圖像邊緣提取清晰的前提下，容易出現(xiàn)因為弱邊緣導致細節(jié)的過度提取，以及噪聲導致邊緣的誤提取，會使得目標景物輪廓被淹沒無法凸現(xiàn)出來。 當景物邊緣提取判決閾值過高時，能降低噪聲及細節(jié)過度提取的影響，但會出現(xiàn)提取的邊緣不夠細致，圖像邊緣斷裂，目標景物主輪廓不夠完整。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，在抑制圖像細節(jié)過度提取的同時，能保持圖像景物主輪廓的完整。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，包括依次連接的圖像銳化單元、第一比較器以及統(tǒng)計濾波器，第一比較器上連接有用于調(diào)節(jié)該第一比較器中預設(shè)的銳化閾值大小的第一閾值調(diào)節(jié)裝置，統(tǒng)計濾波器上連接有用于調(diào)節(jié)該統(tǒng)計濾波器中預設(shè)的濾波閾值大小的第二閾值調(diào)節(jié)裝置。圖像銳化單元包括第一移位寄存器，第一移位寄存器的輸出端連接有用于計算X 方向梯度的第一多路乘加器、第二多路乘加器和第三多路乘加器、以及用于計算Y方向梯度的第四多路乘加器、第五多路乘加器和第六多路乘加器，第一多路乘加器、第二多路乘加器和第三多路乘加器的輸出端依次有第一并行加法器和第一乘方器，第四多路乘加器、第五多路乘加器和第六多路乘加器的輸出端依次連接有第二并行加法器和第二乘方器，第一乘方器和第二乘方器的輸出端均與加法器相連接，加法器的輸出端連接有開方器，開方器的輸出端作為圖像銳化單元的輸出端。統(tǒng)計濾波器包括第二移位寄存器，第二移位寄存器的輸出端連接有第七多路乘加器、第八多路乘加器和第九多路乘加器，第七多路乘加器、第八多路乘加器和第九多路乘加器的輸出端連接有第三并行加法器，第三并行加法器的輸出端連接有第二比較器，第二比較器的輸出端作為統(tǒng)計濾波器的輸出端；二閾值調(diào)節(jié)裝置與第二比較器相連接。第一閾值調(diào)節(jié)裝置和第二閾值調(diào)節(jié)裝置均為撥動開關(guān)。本實用新型的有益效果是通過第一閾值調(diào)節(jié)裝置能調(diào)節(jié)銳化閾值，對不同的環(huán)境有較強的適應性，以實現(xiàn)合理的銳化程度；通過第二閾值調(diào)節(jié)裝置能調(diào)節(jié)濾波閾值，把過度提取的細節(jié)信息濾除，使得邊緣提取能在抑制圖像細節(jié)的過度提取和保持目標景物主輪廓的完整中找到了一個較好的平衡點；另外，圖像銳化單元和統(tǒng)計濾波器能使本實用新型在FPGA上得到實現(xiàn)，解決了一些圖像處理算法無法應用到實時的視頻處理上的問題。FPGA (Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在 PAL、GAL、 CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。這些可編輯元件可以被用來實現(xiàn)一些基本的邏輯門電路(比如與門、或門、非門、異或門等)或者更復雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學方程式。本實用新型中的各種器件以及電路的連接均是在FPGA中搭建實現(xiàn)的，而不是用各分立的元器件通過導線連接。在FPGA中實現(xiàn)各硬件的優(yōu)點是可重復編輯，方便根據(jù)設(shè)計者的要求不斷改進升級。在設(shè)計中可以快速成品，縮短了開發(fā)周期，并且可以通過修改內(nèi)部邏輯來改正程序中的錯誤，很大程度上降低了開發(fā)成本。

圖1是本實用新型一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型中的圖像銳化單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實用新型中的統(tǒng)計濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。其中，1.圖像銳化單元，1-2.第一多路乘加器，1-3.第二多路乘加器，1-4.第三多路乘加器，1-5.第四多路乘加器，1-6.第五多路乘加器，1-7.第六多路乘加器，1-8.第一并行加法器，1-9.第一乘方器，1-10.第二并行加法器，1-11.第二乘方器，1-12.加法器， 1-13.開方器，2.第一比較器，2-1.第二移位寄存器，2-2.第七多路乘加器，2-3.第八多路乘加器，2-4.第九多路乘加器，2-5.第三并行加法器，2-6.第二比較器，3.統(tǒng)計濾波器， 4.第一閾值調(diào)節(jié)裝置，5.第二閾值調(diào)節(jié)裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，包括依次連接的圖像銳化單元1、第一比較器2和統(tǒng)計濾波器3，第一比較器2上連接有第一閾值調(diào)節(jié)裝置4，統(tǒng)計濾波器3上連接有第二閾值調(diào)節(jié)裝置5。圖像銳化單元1用于對圖像進行邊緣提取后，將得到的銳化結(jié)果輸入到第一比較器2，第一比較器2中預設(shè)有銳化閾值，其將得到的銳化結(jié)果同銳化閾值進行比較，將大于該銳化閾值的部分判作圖像邊緣點，并輸入到統(tǒng)計濾波器3，統(tǒng)計濾波器3用于濾除過度提取的細節(jié)信息，其將得到的圖像邊緣點和用于控制濾波程度的濾波閾值進行比較，將大于該濾波閾值的部分作為最終的圖像邊緣提取結(jié)果。第一閾值調(diào)節(jié)裝置4用于調(diào)節(jié)第一比較器2中預設(shè)的銳化閾值大小，第二閾值調(diào)節(jié)裝置5用于調(diào)節(jié)統(tǒng)計濾波器2中預設(shè)的濾波閾值大小。如圖2所示，圖像銳化單元1包括第一移位寄存器1-1，第一移位寄存器1-1的輸出端連接有用于計算X方向梯度的第一多路乘加器1-2、第二多路乘加器1-3和第三多路乘加器1-4、以及用于計算Y方向梯度的第四多路乘加器1-5、第五多路乘加器1-6和第六多路乘加器1-7，第一多路乘加器1-2、第二多路乘加器1-3和第三多路乘加器1-4的輸出端依次有第一并行加法器1-8和第一乘方器1-9，第四多路乘加器1-5、第五多路乘加器1-6 和第六多路乘加器1-7的輸出端依次連接有第二并行加法器1-10和第二乘方器1-11，第一乘方器1-9和第二乘方器1-11的輸出端均與加法器1-12相連接，加法器1-12的輸出端連接有開方器1-13，開方器1-13的輸出端作為圖像銳化單元1的輸出端。圖像銳化單元1中，由于一幀視頻數(shù)據(jù)在FPGA不是存儲為一個數(shù)組，而是一行行實時傳輸，先通過第一移位寄存器1-1將實時傳輸?shù)囊宦废袼財?shù)據(jù)，變?yōu)橥瑫r傳輸?shù)娜废袼財?shù)據(jù)。再將該并行的三路像素數(shù)據(jù)作為三路串行數(shù)據(jù)分別輸入到計算X方向梯度和計算Y方向梯度的三個多路乘加器，X方向三個多路乘加器和Y方向三個多路乘加器將結(jié)果分別輸入第一并行加法器1-8和第二并行加法器1-10。這兩個并行加法器得出的數(shù)據(jù)就是 X方向梯度數(shù)據(jù)和Y方向梯度數(shù)據(jù)。將該X方向梯度數(shù)據(jù)和Y方向梯度數(shù)據(jù)分別乘方后相加再通過開方器1-13，就得出了 Sobel銳化(即索貝爾銳化)的結(jié)果。如圖3所示，統(tǒng)計濾波器2包括第二移位寄存器2-1，第二移位寄存器2-1的輸出端連接有第七多路乘加器2-2、第八多路乘加器2-3和第九多路乘加器2-4，第七多路乘加器2-2、第八多路乘加器2-3和第九多路乘加器2-4的輸出端連接有第三并行加法器2-5， 第三并行加法器2-5的輸出端連接有第二比較器2-6，第二比較器2-6的輸出端作為統(tǒng)計濾波器2的輸出端；第二閾值調(diào)節(jié)裝置5與第二比較器2-6相連接。本實用新型的統(tǒng)計濾波器是一種非線性的濾波器，它的響應基于圖像濾波器包圍的圖像區(qū)域中像素的排序，然后由統(tǒng)計排序結(jié)果決定的值代替中心像素的值。其工作過程是將Sobel銳化結(jié)果的一路串行像素數(shù)據(jù)通過第二移位寄存器2-1后變?yōu)椴⑿械娜废袼財?shù)據(jù)，將并行的三路數(shù)據(jù)作為三路串行數(shù)據(jù)分別輸入第七多路乘加器、第八多路乘加器和第九多路乘加器。這三個多路乘加器將每一行像素值的加和結(jié)果輸入第三并行加法器。 第三并行加法器得出的數(shù)據(jù)就是統(tǒng)計濾波器中所有像素值的總和，將這個結(jié)果經(jīng)過閾值判定得出最后的濾波結(jié)果，并作為最終的圖像邊緣提取結(jié)果實時輸出。本實施例中，第一閾值調(diào)節(jié)裝置和第二閾值調(diào)節(jié)裝置選用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、且動作可靠的撥動開關(guān)。
權(quán)利要求1.一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，其特征在于，包括依次連接的圖像銳化單元(1)、第一比較器(2)以及統(tǒng)計濾波器(3)，所述第一比較器⑵上連接有用于調(diào)節(jié)該第一比較器( 中預設(shè)的銳化閾值大小的第一閾值調(diào)節(jié)裝置G)，所述統(tǒng)計濾波器C3)上連接有用于調(diào)節(jié)該統(tǒng)計濾波器O)中預設(shè)的濾波閾值大小的第二閾值調(diào)節(jié)裝置(5)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，其特征在于，所述圖像銳化單元(1)包括第一移位寄存器(1-1)，所述第一移位寄存器(1-1)的輸出端連接有用于計算X方向梯度的第一多路乘加器(1-2)、第二多路乘加器(1- 和第三多路乘加器 (1-4)、以及用于計算Y方向梯度的第四多路乘加器(1-5)、第五多路乘加器(1-6)和第六多路乘加器(1-7)，所述第一多路乘加器(1-2)、第二多路乘加器(1- 和第三多路乘加器 (1-4)的輸出端依次有第一并行加法器(1-8)和第一乘方器(1-9)，所述第四多路乘加器 (1-5)、第五多路乘加器(1-6)和第六多路乘加器(1-7)的輸出端依次連接有第二并行加法器(1-10)和第二乘方器(1-11)，所述第一乘方器(1-9)和第二乘方器(1-11)的輸出端均與加法器(1-12)相連接，所述加法器(1-12)的輸出端連接有開方器(1-13)，所述開方器 (1-13)的輸出端作為所述圖像銳化單元⑴的輸出端。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，其特征在于，所述統(tǒng)計濾波器( 包括第二移位寄存器0-1)，所述第二移位寄存器的輸出端連接有第七多路乘加器0-2)、第八多路乘加器(2- 和第九多路乘加器0-4)，所述第七多路乘加器0-2)、第八多路乘加器(2- 和第九多路乘加器0-4)的輸出端連接有第三并行加法器0-5)，所述第三并行加法器0-5)的輸出端連接有第二比較器0-6)，所述第二比較器0-6)的輸出端作為所述統(tǒng)計濾波器的輸出端；所述第二閾值調(diào)節(jié)裝置( 與所述第二比較器(2-6)相連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，其特征在于，所述第一閾值調(diào)節(jié)裝置(4)和第二閾值調(diào)節(jié)裝置( 均為撥動開關(guān)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于FPGA的圖像景物邊緣提取裝置，包括依次連接的圖像銳化單元、第一比較器以及統(tǒng)計濾波器，第一比較器上連接有用于調(diào)節(jié)該第一比較器中預設(shè)的銳化閾值大小的第一閾值調(diào)節(jié)裝置，統(tǒng)計濾波器上連接有用于調(diào)節(jié)該統(tǒng)計濾波器中預設(shè)的濾波閾值大小的第二閾值調(diào)節(jié)裝置。本實用新型在抑制圖像細節(jié)過度提取的同時，保持了圖像景物主輪廓的完整。
文檔編號G06T7/60GK202183124SQ201120288179
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者張月, 朱虹, 李學鋒, 李越, 樊骕研, 董彩霞 申請人:西安理工大學