CN103679621B - 实时统计直方图的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的实时统计直方图的系统，包括电容式采集阵列、直方图统计模块、RAM地址生成模块、阈值点生成模块、RAM选择模块、RAM，所述直方图统计模块用于根据电容式采集阵列生成的0或1二值序列进行直方图统计得到一帧图像直方图累加结果；所述阈值点生成模块用于根据直方图累加结果在预先设定的规则内得到下限阈值点L、中限阈值点M、上限阈值点H、第一统计区间的上限值C1、第二统计区间的上限值C2。本发明的直方图统计在图像序列采集完成后的1‑5个时钟周期内统计完成，且运算简单、消耗资源少、速度快，相对于现有的直方图统计，更能适应市场的需求。

Description

实时统计直方图的系统
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种实时统计直方图的系统
背景技术
现有的电容式图像采集阵列应用有：电容刮擦式传感器、电容面阵式传感器等，此类传感器的采集原理是将采集对象引起电容式采集阵列的电容变化转换成易于处理的0或1二值序列。
现有的直方图统计方法实现步骤：
（1）先将电容式传感器采集到的0或1二值序列转换为图像灰度值；
（2）实时扫描图像数据进行直方图统计。
目前该实现方法运算度复杂，耗用资源多，运算速度慢，达不到实时统计的效果。目前的直方图统计主要基于DSP，利用DSP来实现直方图统计，由于DSP大多基于串行指令集，处理速度慢，而基于并行指令集的DSP又价格昂贵，且并行处理度并不能达到基于某项特殊功能要求的最优化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供的实时统计电容式采集阵列直方图的系统，包括电容式采集阵列、直方图统计模块、RAM地址生成模块、阈值点生成模块、RAM选择模块、RAM，
所述电容式采集阵列用于将电容变化量转换成0或1二值序列；
所述直方图统计模块用于根据电容式采集阵列生成的0或1二值序列进行直方图统计得到一帧图像直方图累加结果；
所述RAM地址生成模块用于根据电容式采集阵列的采集时间点生成存放直方图累加结果的RAM地址；
所述阈值点生成模块用于根据直方图累加结果在预先设定的规则内得到下限阈值点L、中限阈值点M、上限阈值点H、第一统计区间的上限值C1、第二统计区间的上限值C2；
所述RAM选择模块与直方图统计模块和RAM相连，用于选择存放直方图结果的RAM，当前帧的直方图累加结果与下一帧直方图累加结果依次交替循环存放在2个RAM中；所述RAM用来存放直方图累加结果。
所述直方图统计模块依次统计一帧图像一行在时间点0到时间点KT每次放电生成0或1的总个数sum(i)，其中0≤i≤K；将每一行得到的统计结果与上一行相同时间点的统计结果对应相加，得到该一行的统计结果；当统计完一帧图像的所有行后，得到一帧图像直方图累加结果。
所述阈值点生成模块在RAM中读取一帧图像的直方图RAM地址为G_TH的直方图累加结果,得到灰度值为0到G_TH的总个数S_G，所述G_TH为图像灰度阈值，根据图像灰度范围可调整；在RAM中依次读取一帧图像的直方图RAM地址为0到K得到的直方图累加结果hist_sum(i)，0≤i≤K，所述K为采集阵列总放电次数。
所述预先设定的规则为：
当hist_sum(i-1)≤S_G×LR且hist_sum(i)＞S_G×LR时，此时的i就是下限阈值点L,若L＞G_TH时，L＝G_TH；
当hist_sum(i-1)≤S_G×MR且hist_sum(i)＞S_G×MR时，此时的i就是中限阈值点M,若M＞G_TH时，M＝G_TH；
当hist_sum(i-1)≤S_G×HR且hist_sum(i)＞S_G×HR时，此时的i就是上限阈值点H,若H＞G_TH时，H＝G_TH；
所述LR为求取下限阈值点的比例系数，所述MR为求取中限阈值点的比例系数，所述HR为求取上限阈值点的比例系数，且0＜LR＜1，0＜MR＜1，0＜HR＜1，LR＜MR＜HR;
当hist_sum(i-1)≤S1且hist_sum(i)＞S1时，此时的i就是第一统计区间的上限值C1,若i＝K且hist_sum(i)≤S1时，C1＝K，所述S1为第一统计区间的统计阈值，根据图像像素点总个数可调整；
当hist_sum(i-1)≤S2且hist_sum(i)＞S2时，此时的i就是第二统计区间的上限值C2,若i＝K且hist_sum(i)≤S2时，C2＝K，所述S2为第二统计区间的统计阈值，根据图像像素点总个数可调整。
本发明的直方图统计在图像序列采集完成后的1-5个时钟周期内统计完成，且运算简单、消耗资源少、速度快，相对于现有的直方图统计，更能适应市场的需求。
附图说明
图1为电容采集单元的电压变化曲线示意图；
图2为电容采集单元将电压变化转换成0或1二值序列示意图；
图3为一行电容采集单元在时间点0到时间点KT生成的0或1二值序列示意图；
图4为本发明的直方图统计系统图；
图5为本发明的直方图统计的流水线结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图1、图2、图3、图4、图5来说明本发明的优选实施例，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
电容式采集阵列的电容采集单元将被测信号量通过电容放电转换成电压信号或者电流信号，并按照一定的时间周期T采样电压信号或者电流信号，将采样得到的电压值或者电流值送入比较器，比较器将电压信号或者电流信号转换成0或1二值序列。
电容式采集阵列包含多个电容采集单元。每一个电容采集单元与图像像素点一一对应，每一个电容采集单元对应一个0或1二值序列，而电容采集阵列上的一行w个电容采集单元同时放电，则同时采集到w个0或1二值序列。
如图2、图3，根据比较器的输出结果以及图像灰度值转换的原理，得到灰度值和直方图累加统计与0或1对应的四种情况：
当采集到的电压U0大于或等于参考电压Uref时，输出为0的情况（图2a）,纵向统计同一个电容采集单元在0到KT时间产生的0的总个数，即为该电容采集单元的灰度值；横向依次统计每一行电容采集单元在同一时间点t放电产生的1的总个数，即为灰度值为0到灰度值为t/T的总个数，表示为hist_sum(t/T)；
当采集到的电压U0大于或等于参考电压Uref时，输出为0的情况（图2b）.纵向统计同一个电容采集单元在0到KT时间产生的1的总个数，即为该电容采集单元的灰度值；横向依次统计每一行电容采集单元在同一时间点t放电产生的1的总个数，即为灰度值为0到灰度值为K-t/T的总个数，表示为hist_sum(K-t/T)；
当采集到的电压U0大于或等于参考电压Uref时，输出为1的情况（图2c），纵向统计同一个电容采集单元在0到KT时间产生的1的总个数，即为该电容采集单元的灰度值；横向依次统计每一行电容采集单元在同一时间点t放电产生的0的总个数，即为灰度值为0到灰度值为t/T的总个数，表示为hist_sum(t/T)；
当采集到的电压U0大于或等于参考电压Uref时，输出为1的情况（图2d），纵向统计同一个电容采集单元在0到KT时间产生的0的总个数，即为该电容采集单元的灰度值；横向依次统计每一行电容采集单元在同一时间点t放电产生的0的总个数，即为灰度值为0到灰度值为K-t/T的总个数，表示为hist_sum(K-t/T)；
其中t为0到KT的任意时间点，K总放电次数。
本发明根据以上原理进行直方图统计，本实施例以图2a进行具体说明，其他情况同理。
根据图3及以上原理，纵向统计同一个点在放电时间点0到时间点KT产生的0的总个数，得到该点的灰度值，统计第一个点在时间点0到时间点KT生成0的总个数为3，则该点的灰度值为3，统计一行每个放电时间点产生的1的总个数，表示灰度值为0到放电时间点对应的灰度值的总个数。即统计在放电时间点0生成的1总个数表示灰度值为0的总个数，在时间点1T生成的1的总个数表示灰度值为0和灰度值为1的总个数，在时间点2T生成的1的总个数表示灰度值为0、灰度值为1和灰度值为2的总个数，依次类推，在时间点KT生成的1的总个数的表示从灰度值0到灰度值K的所有像素点的总个数。即依次统计一行每个时间点生成1的个数，得到直方图累加的结果。
本发明根据以上的分析，直接对电容式采集阵列输出的0或1二值序列进行直方图统计，统计得到直方图累加结果。该方法在电容式采集阵列输出完一帧0或1二值序列后的1-5个时钟周期内完成直方图统计的结果，达到了实时统计的目的。
本发明提出的一种实时统计电容式采集阵列直方图的系统，包括电容式采集阵列、直方图统计模块、RAM地址生成模块、阈值点生成模块、RAM选择模块、RAM。
电容式采集阵列：将被测信号量转换成易于处理0或1二值序列；
直方图统计模块：根据电容式采集阵列产生的0或1二值序列直接进行直方图统计；
RAM地址生成模块：根据电容式采集阵列的采集时间点生成存放直方图累加结果的RAM地址，所述RAM地址与图像灰度值一一对应；
阈值点生成模块：根据直方图累加结果在预先设定的规则内得到下限阈值点L、中限阈值点M、上限阈值点H、第一统计区间的上限值C1、第二统计区间的上限值C2；
RAM选择模块：用于选择存放当前帧直方图累加结果的RAM。如果当前帧直方图累加结果存放在HIST_RAM1时，下一帧直方图累加结果则存放在HIST_RAM2，再下一帧直方图累加结果存放在HIST_RAM1，依次交替循环存放；
RAM：RAM包括HIST_RAM1和HIST_RAM2，用来存放直方图累加结果。
直方图统计模块依次统计一帧图像一行在时间点0到时间点KT每次放电生成的0或1的总个数，命名为sum(i)，其中0≤i≤K；将每一行得到的统计结果与上一行相同时间点的统计结果对应相加，得到该一行的统计结果；当统计完一帧图像的所有行后，得到一帧图像直方图累加结果；
阈值点生成模块在RAM中读取一帧图像的直方图RAM地址为G_TH的直方图累加结果,得到灰度值为0到G_TH的总个数S_G，在RAM中依次读取一帧图像的直方图RAM地址为0到K得到的直方图累加结果hist_sum(i)，所述G_TH为图像灰度阈值，根据图像灰度范围可调整，0≤i≤K，所述K为采集阵列总放电次数。
根据直方图累加结果计算下限阈值点L、中限阈值点M、上限阈值点H、第一统计区间的上限值C1、第二统计区间的上限值C2，其判定规则为：
当hist_sum(i-1)≤S_G×LR且hist_sum(i)＞S_G×LR时，此时的i就是下限阈值点L,若L＞G_TH时，L＝G_TH；
当hist_sum(i-1)≤S_G×MR且hist_sum(i)＞S_G×MR时，此时的i就是中限阈值点M,若M＞G_TH时，M＝G_TH；
当hist_sum(i-1)≤S_G×HR且hist_sum(i)＞S_G×HR时，此时的i就是上限阈值点H,若H＞G_TH时，H＝G_TH；
所述LR为求取下限阈值点的比例系数，所述MR为求取中限阈值点的比例系数，所述HR为求取上限阈值点的比例系数，且0＜LR＜1，0＜MR＜1，0＜HR＜1，LR＜MR＜HR;
当hist_sum(i-1)≤S1且hist_sum(i)＞S1时，此时的i就是第一统计区间的上限值C1,若i＝K且hist_sum(i)≤S1时，C1＝K，所述S1为第一区间的统计阈值，根据图像像素点总个数可调整；
当hist_sum(i-1)≤S2且hist_sum(i)＞S2时，此时的i就是第二统计区间的上限值C2,若i＝K且hist_sum(i)≤S2时，C2＝K，所述S2为第二区间的统计阈值，根据图像像素点总个数可调整。
根据直方图累加结果得到的阈值点可以进行电容式采集阵列参考电压调整，实时量化采集阵列采集到的图像数据等。
直方图统计在电容式采集阵列生成完一帧图像的0或1二值序列后的1-5个时钟周期内统计完成，且运算简单、消耗资源少、速度快。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (2)

1.实时统计直方图的系统，其特征在于，包括电容式采集阵列、直方图统计模块、RAM地址生成模块、阈值点生成模块、RAM选择模块、RAM；
所述电容式采集阵列用于将电容变化量转换成0或1二值序列；
所述直方图统计模块用于根据电容式采集阵列生成的0或1二值序列进行直方图统计得到一帧图像直方图累加结果；
所述RAM地址生成模块用于根据电容式采集阵列的采集时间点生成存放直方图累加结果的RAM地址；
所述阈值点生成模块用于根据直方图累加结果在预先设定的规则内得到下限阈值点L、中限阈值点M、上限阈值点H、第一统计区间的上限值C1、第二统计区间的上限值C2；
所述RAM选择模块与直方图统计模块和RAM相连，用于选择存放直方图结果的RAM，当前帧的直方图累加结果与下一帧直方图累加结果依次交替循环存放在2个RAM中；所述RAM用来存放直方图累加结果；
所述阈值点生成模块在RAM中读取一帧图像的直方图RAM地址为G_TH的直方图累加结果,得到灰度值为0到G_TH的总个数S_G，所述G_TH为图像灰度阈值，根据图像灰度范围可调整；在RAM中依次读取一帧图像的直方图RAM地址为0到K得到的直方图累加结果hist_sum(i)，0≤i≤K，所述K为采集阵列总放电次数；
所述预先设定的规则为：
当hist_sum(i-1)≤S_G×LR且hist_sum(i)＞S_G×LR时，此时的i就是下限阈值点L,若L＞G_TH时，L＝G_TH；
当hist_sum(i-1)≤S_G×MR且hist_sum(i)＞S_G×MR时，此时的i就是中限阈值点M,若M＞G_TH时，M＝G_TH；
当hist_sum(i-1)≤S_G×HR且hist_sum(i)＞S_G×HR时，此时的i就是上限阈值点H,若H＞G_TH时，H＝G_TH；
所述LR为求取下限阈值点的比例系数，所述MR为求取中限阈值点的比例系数，所述HR为求取上限阈值点的比例系数，且0＜LR＜1，0＜MR＜1，0＜HR＜1，
LR＜MR＜HR；
当hist_sum(i-1)≤S1且hist_sum(i)＞S1时，此时的i就是第一统计区间的上限值C1,若i＝K且hist_sum(i)≤S1时，C1＝K，所述S1为第一统计区间的统计阈值，根据图像像素点总个数可调整；
当hist_sum(i-1)≤S2且hist_sum(i)＞S2时，此时的i就是第二统计区间的上限值C2,若i＝K且hist_sum(i)≤S2时，C2＝K，所述S2为第二统计区间的统计阈值，根据图像像素点总个数可调整。
2.根据权利要求1所述的实时统计直方图的系统，其特征在于，所述直方图统计模块依次统计一帧图像一行在时间点0到时间点KT每次放电生成0或1的总个数sum(i)，其中0≤i≤K；将每一行得到的统计结果与上一行相同时间点的统计结果对应相加，得到该一行的统计结果；当统计完一帧图像的所有行后，得到一帧图像直方图累加结果。
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