CN107507124A - 系统芯片中灰度图像背景处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统芯片内的灰度图像背景处理装置及方法，包括独立的检测模块和处理模块，使用建表的工作模式，通过并行的方式来同时检测和处理图像数据，检测模块和处理模块交互数据为图像块相关参数，图像块相关参数通过缓存参数的方式缓存。相对已有的软件方案，本发明选择了并行处理的方式，将图像检测建表变为一个模块，而图像最后的数据处理变为可以并行的另外一个模块，以此进行流水线工作。因为计算模块硬件资源消耗不变，在面积和成本上来说是没有区别的，并提高了效率。

Description

系统芯片中灰度图像背景处理装置及方法

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体是一种系统芯片中灰度图像背景处理装置及方法。

背景技术

在如今的生活当中，对于打印、复印等的使用越来越多。但是纸张易脏，发黄，因此会影响到整体的美观或者影响到文件的准确性。对图像的背景去噪，将纸张重新抹白或去除噪点。

现有的技术中，灰度图像背景处理一般都通过软件方法实现，并没有相关的硬件方法。软件方案中先对整个图像进行扫描以获得一些数据统计值，再一次遍历，由除法器计算模块来获得计算模块需要的参数，最后一次遍历来进行像素点的处理。

背景移除算法，是对图像背景进行一系列的去噪、还原和移除等等。该算法的目的是对灰度图像的背景去除噪点和还原。计算模块的算法有多种，先选择一种作为背景图像的算法，再选择一种作为一般图像的算法，两者可以相同。选定算法自后配置算法需要的系数，最后开始运算。

图像背景进行去噪声和还原，为了加快速度，减少面积，成本等，先将整个图像划分为多个图像块。获得需要知道的图像块像素点个数，像素值的和，像素值的平均值，像素值的平均差，像素值的最大值，像素值的最小值，背景图像块的累加值等参数，然后进行图像的处理。

以上的步骤，无法在一次遍历之中统计出像素值的平均差等参数，因此在相应的软件方案中，先对图像的像素值进行一次遍历，获得当前图像块像素点的个数、像素值的和、平均值、最大值、最小值等数据。将图像进行二次遍历，求出差值和、平均差等在运算模块需要使用的参数。最后遍历一次图像，利用参数和对应的算法来对图像进行处理。需要对图像遍历三遍，而且每一副图像需要搬运三次，也就是说要消耗搬运三次的时间，资源占用多效率不高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种系统芯片中灰度图像背景处理装置及方法，包括独立的检测模块和处理模块，使用建表的工作模式，通过并行的方式来同时检测和处理图像数据，检测模块和处理模块交互数据为图像块相关参数，图像块相关参数通过缓存参数的方式缓存。

进一步的，当检测模块的输出数据准备好后既被缓存，检测模块处于空闲状态，开始下一个图像块的检测，当处理模块准备好后从缓存中接收，再由处理模块自身进行缓存。

进一步的，还包括状态机，状态机根据状态跳转来进行判断检测和处理是否都已经完成，当都完成之后就可以开始下一次的数据交换和下一个图像块的交互。

本发明还提供了一种灰度图像背景处理方法，包括检测步骤和处理步骤，其中检测步骤的判断步骤如下：

第一步，图像块的数据一次进入检测模块，进行数据的累积和计数，获得和，最大值，最小值等并且同时将每个像素值出现点的个数进行统计，写入到表中；

第二步，根据第一步的统计结果，快速算出图像的平均值；

第三步，获得图像的平均值之后，根据已经完成的表，求出平均差、方差等；

第四步，根据配置的参数和平均差方差的大小，来判断是否是背景图像。若平均差方差很小，则初步判断为背景图像块；

第五步，若初步判断是背景图像，当前图像块的平均值需要和经过检测的所有背景图像块平均值进行比较，若小于配置的参数，最终确认为背景图像块，否则定义为一般图像块；

第六步，最终确认图像块的性质。

进一步的，第六步中，不同性质的图像块由使用者选择不同的算法，算法中的中间参数可配置的。

进一步的，检测步骤和处理步骤并行执行。

进一步的，使用状态机来控制检测模块和处理模块并行处理的交互与数据通信。

进一步的，检测步骤和处理步骤调控状态如下：

第一步，状态机处于空闲状态，启动状态机执行第二步，否则保持空闲状态，重复执行第一步；

第二步，根据配置判断图像第一个图像块的前几行是否需要抹白，如果需要抹白，抹白之后进入检测，执行第三步；如果不需要抹白，直接进入到检测状态，执行第三步；

第三步，检测模块开始检测；等待检测完成，将数据缓存到缓存模块，并且进入到处理状态，同时开始下一个图像块的检测，执行第四步；

第四步，如果当前只有一个图像块的信息，并且处理没有结束，那么保持在处理状态，重复执行第四步。如果当前只有一个图像块信息，并且处理已经结束，那么进入到空闲状态，回到第一步；如果当前有多个图像块信息，并且到达处理状态的时候处理已结束，那么状态机回到检测状态，执行第三步；如果当前有多个图像块信息，处理没有结束，到达忙碌状态，执行第五步；

第五步，当前是忙碌状态，如果是检测模块和处理模块一起结束，那么状态机跳转，并且此状态机进入处理状态，执行第四步；如果只是检测结束，缓存已经被占用，检测结果无人接收，那么必须要进行等待，进入等待处理状态，执行第六步；如果检测模块没结束，处理模块结束，那么重新开始等待检测结束，此状态机进入检测状态，执行第三步；如果检测模块和处理模块都没有结束，保持当前状态，重复执行第五步；

第六步，如果处理模块结束，那么进入处理状态，执行第四步；否则保持当前状态，重复执行第六步。

相对已有的软件方案，本发明选择了并行处理的方式。将图像检测建表变为一个模块，而图像最后的数据处理变为可以并行的另外一个模块，以此进行流水线工作。因为计算模块硬件资源消耗不变，在面积和成本上来说是没有区别的，并提高了效率。

图像的第一个图像块数据第一次遍历的时候，用建表的方案统计需要的数值，根据不同像素值出现的次数进行统计。统计结束进行计算获得想要的中间参数，然后缓存。处理模块可以申请参数，获得参数之后开始计算，检测模块开始第二个图像块的检测，并行进行，减少一半的时间。同时缓存多组图像块的信息，可以减少处理器配置或者正在运行别的程序造成不必要的时间损耗。

附图说明

图1是BGR块控制状态机；

图2是检测与处理模块调控状态机；

图3是本发明系统芯片中灰度图像背景处理装置及方法结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在常规的方案流程之中，先进行数据的检测，算出有用的参数。然后进行图像处理，在最开始的系统芯片设计方案也是按照此流程检测。两次遍历，已经优化成为了一次遍历和一次读表完成，图像处理模块还需要一次图像的遍历。在算法的实现上，硬件与软件不同。软件使用处理器，当第一阶段检测结束之后，处理器空余的如内存，计算单元都可以开始用于处理模块计算数据，但是对于硬件电路计算和控制单元来说，这些都是不可复用的，那么将算法方案中一些步骤并行进行，即提高效率。

本发明首先使用建表的工作模式，可以将检测模块的耗时从两次遍历变为接近一次遍历。检测模块和处理模块对一个图像块的操作时间接近，即可以通过并行的方式来同时检测和处理图像数据。在硬件中，检测和处理两个模块交互数据为图像块相关参数，参数数据量很小。通过缓存参数的方式，可以将检测和处理独立为两个模块，相对整体系统芯片，缓存所需要的面积可以忽略。

以大模块划分，主要是检测模块和处理模块。如图2，数据第一个图像块进入，首先就是要进行数据的检测，那么数据使用建表检测完成之后，中间值已经准备齐全，可以开始处理模块。而处理模块要使用的中间值不变即可。当检测模块的输出数据准备好后既被缓存。检测模块就已经处于一个空闲状态，那么就可以开始下一个图像块的检测了。当处理模块准备好后从缓存中接收，再由处理模块自己进行缓存，

因为数据来源是内存，那么无法确认是哪个模块运行速度更快。图2的状态机便是解决这个问题的，根据状态跳转来进行判断是否都已经完成，当都完成之后就可以开始下一次的数据交换和下一个图像块的交互。

本发明的系统芯片中灰度图像背景处理方法，对于图像块的性质判断和算法参数选择非常灵活。整体的检测和算法选择是根据检测模块的结果来判断的。而检测模块的判断步骤如下：

第一步，图像块的数据一次进入检测模块，进行数据的累积和计数，获得和，最大值，最小值等并且同时将每个像素值出现点的个数进行统计，写入到表中。

第二步，根据第一步的统计结果，快速算出图像的平均值。

第三步，获得图像的平均值之后，根据已经完成的表，求出平均差、方差等。

第四步，根据配置的参数和平均差方差的大小，来判断是否是背景图像。若平均差方差很小，则初步判断为背景图像块。

第五步，若初步判断是背景图像，当前图像块的平均值需要和经过检测的所有背景图像块平均值进行比较，若小于配置的参数，最终确认为背景图像块，否则定义为一般图像块。以此防止白纸上的黑色条纹被异常处理。

第六步，最终确认图像块的性质，不同性质的图像块可以由使用者选择不同的算法，算法中的中间参数也都是可配置的。即不同性质图像块可以使用完全相同的算法参数，也可以算法参数完全相同，或者相同算法不同参数等。由使用者自由配置调整。

本发明的灰度图像背景处理方法还包括：将先检测后处理的串行处理方式进行优化，使检测的同时可以进行数据的处理，即检测模块和处理模块并行执行，加快整体图像的处理速度。

因为无法知道是检测先结束还是处理先结束，那么就要进行所有可能的覆盖。检测模块的数据需要被缓存下来，这样在处理模块处理的同时，检测模块可以开始下一个图像块的数据检测。那么就可以将这个数据缓存放到检测和处理模块的中间，当检测完成的时候，缓存模块缓存下来检测处理的结果，这个时候检测就可以进行下一个图像块的检测工作，而不需要等待处理模块结束，进一步的优化工作效率。

如图2所示，控制状态机来控制检测模块和处理模块并行处理的交互与数据通信。

第一步，状态机处于空闲状态，启动状态机执行第二步，否则保持空闲状态，重复执行第一步。

第二步，根据配置判断图像第一个图像块的前几行是否需要抹白，如果需要抹白，抹白之后进入检测，执行第三步。如果不需要抹白，直接进入到检测状态，执行第三步。

第三步，检测模块开始检测。等待检测完成，将数据缓存到缓存模块，并且进入到处理状态，同时开始下一个图像块的检测，执行第四步。

第四步，如果当前只有一个图像块的信息，并且处理没有结束，那么保持在处理状态，重复执行第四步。如果当前只有一个图像块信息，并且处理已经结束，那么进入到空闲状态，回到第一步。如果当前有多个图像块信息，并且到达处理状态的时候处理已结束，那么状态机回到检测状态，执行第三步。如果当前有多个图像块信息，处理没有结束，到达忙碌状态，执行第五步。

第五步，当前是忙碌状态，如果是检测模块和处理模块一起结束，那么状态机跳转，并且此状态机进入处理状态，执行第四步。如果只是检测结束，缓存已经被占用，检测结果无人接收，那么必须要进行等待，进入等待处理状态，执行第六步。如果检测模块没结束，处理模块结束，那么重新开始等待检测结束，此状态机进入检测状态，执行第三步。如果检测模块和处理模块都没有结束，保持当前状态，重复执行第五步。

第六步，如果处理模块结束，那么进入处理状态，执行第四步。否则保持当前状态，重复执行第六步。

Claims (8)

1.一种系统芯片中的灰度图像背景处理芯片装置，包括独立的检测模块和处理模块，其特征在于：使用建表的工作模式，通过并行的方式来同时检测和处理图像数据，检测模块和处理模块交互数据为图像块相关参数，图像块相关参数通过缓存参数的方式缓存。

2.如权利要求1所述的系统芯片中灰度图像背景处理装置，其特征在于：当检测模块的输出数据准备好后既被缓存，检测模块处于空闲状态，开始下一个图像块的检测，当处理模块准备好后从缓存中接收，再由处理模块自身进行缓存。

3.如权利要求2所述的系统芯片中灰度图像背景处理装置，其特征在于：还包括状态机，状态机根据状态跳转来进行判断检测和处理是否都已经完成，当都完成之后就可以开始下一次的数据交换和下一个图像块的交互。

4.一种系统芯片中灰度图像背景处理方法，包括检测步骤和处理步骤，其中检测步骤的判断步骤如下：

第一步，图像块的数据一次进入检测模块，进行数据的累积和计数，获得和，最大值，最小值等并且同时将每个像素值出现点的个数进行统计，写入到表中；

第二步，根据第一步的统计结果，快速算出图像的平均值；

第三步，获得图像的平均值之后，根据已经完成的表，求出平均差、方差等；

第四步，根据配置的参数和平均差方差的大小，来判断是否是背景图像；

若平均差方差很小，则初步判断为背景图像块；

第五步，若初步判断是背景图像，当前图像块的平均值需要和经过检测的所有背景图像块平均值进行比较，若小于配置的参数，最终确认为背景图像块，否则定义为一般图像块；

第六步，最终确认图像块的性质。

5.如权利要求4所述的系统芯片中灰度图像背景处理方法，，其特征在于：第六步中，不同性质的图像块由使用者选择不同的算法，算法中的中间参数可配置的。

6.如权利要求4所述的系统芯片中灰度图像背景处理方法，，其特征在于：检测步骤和处理步骤并行执行。

7.如权利要求6所述的系统芯片中灰度图像背景处理方法，，其特征在于：使用状态机来控制检测模块和处理模块并行处理的交互与数据通信。

8.如权利要求7所述的系统芯片中灰度图像背景处理方法，，其特征在于：检测步骤和处理步骤调控状态如下：

第一步，状态机处于空闲状态，启动状态机执行第二步，否则保持空闲状态，重复执行第一步；

第二步，根据配置判断图像第一个图像块的前几行是否需要抹白，如果需要抹白，抹白之后进入检测，执行第三步；如果不需要抹白，直接进入到检测状态，执行第三步；

第三步，检测模块开始检测；等待检测完成，将数据缓存到缓存模块，并且进入到处理状态，同时开始下一个图像块的检测，执行第四步；

第四步，如果当前只有一个图像块的信息，并且处理没有结束，那么保持在处理状态，重复执行第四步；

如果当前只有一个图像块信息，并且处理已经结束，那么进入到空闲状态，回到第一步；如果当前有多个图像块信息，并且到达处理状态的时候处理已结束，那么状态机回到检测状态，执行第三步；如果当前有多个图像块信息，处理没有结束，到达忙碌状态，执行第五步；

第五步，当前是忙碌状态，如果是检测模块和处理模块一起结束，那么状态机跳转，并且此状态机进入处理状态，执行第四步；如果只是检测结束，缓存已经被占用，检测结果无人接收，那么必须要进行等待，进入等待处理状态，执行第六步；如果检测模块没结束，处理模块结束，那么重新开始等待检测结束，此状态机进入检测状态，执行第三步；如果检测模块和处理模块都没有结束，保持当前状态，重复执行第五步；

第六步，如果处理模块结束，那么进入处理状态，执行第四步；否则保持当前状态，重复执行第六步。