CN202183124U - 一种基于fpga的图像景物边缘提取装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置，包括依次连接的图像锐化单元、第一比较器以及统计滤波器，第一比较器上连接有用于调节该第一比较器中预设的锐化阈值大小的第一阈值调节装置，统计滤波器上连接有用于调节该统计滤波器中预设的滤波阈值大小的第二阈值调节装置。本实用新型在抑制图像细节过度提取的同时，保持了图像景物主轮廓的完整。
Description
技术领域
本实用新型属于图像处理技术领域，具体涉及一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置。
背景技术
图像景物边缘提取是数字图像处理的重要组成部分，在图像分割、目标区域识别、区域形状提取分析等领域有着重要的应用。图像景物边缘提取能使使图像原有信息调整到适当标准，以改善图像的视觉效果，消除图像质量劣化的原因(如模糊)，使图像中应有的对象边缘变得轮廓分明。在图像景物边缘提取过程中，常因为噪声或图像分辨率较低等因素，出现边缘提取效果不佳。在满足图像边缘提取清晰的前提下，容易出现因为弱边缘导致细节的过度提取，以及噪声导致边缘的误提取，会使得目标景物轮廓被淹没无法凸现出来。当景物边缘提取判决阈值过高时，能降低噪声及细节过度提取的影响，但会出现提取的边缘不够细致，图像边缘断裂，目标景物主轮廓不够完整。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置，在抑制图像细节过度提取的同时，能保持图像景物主轮廓的完整。
本实用新型所采用的技术方案是，一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置，包括依次连接的图像锐化单元、第一比较器以及统计滤波器，第一比较器上连接有用于调节该第一比较器中预设的锐化阈值大小的第一阈值调节装置，统计滤波器上连接有用于调节该统计滤波器中预设的滤波阈值大小的第二阈值调节装置。
图像锐化单元包括第一移位寄存器，第一移位寄存器的输出端连接有用于计算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、以及用于计算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输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输出端依次连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输出端均与加法器相连接，加法器的输出端连接有开方器，开方器的输出端作为图像锐化单元的输出端。
统计滤波器包括第二移位寄存器，第二移位寄存器的输出端连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输出端连接有第三并行加法器，第三并行加法器的输出端连接有第二比较器，第二比较器的输出端作为统计滤波器的输出端；二阈值调节装置与第二比较器相连接。
第一阈值调节装置和第二阈值调节装置均为拨动开关。
本实用新型的有益效果是：通过第一阈值调节装置能调节锐化阈值，对不同的环境有较强的适应性，以实现合理的锐化程度；通过第二阈值调节装置能调节滤波阈值，把过度提取的细节信息滤除，使得边缘提取能在抑制图像细节的过度提取和保持目标景物主轮廓的完整中找到了一个较好的平衡点；另外，图像锐化单元和统计滤波器能使本实用新型在FPGA上得到实现，解决了一些图像处理算法无法应用到实时的视频处理上的问题。
FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如与门、或门、非门、异或门等)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。
本实用新型中的各种器件以及电路的连接均是在FPGA中搭建实现的，而不是用各分立的元器件通过导线连接。在FPGA中实现各硬件的优点是可重复编辑，方便根据设计者的要求不断改进升级。在设计中可以快速成品，缩短了开发周期，并且可以通过修改内部逻辑来改正程序中的错误，很大程度上降低了开发成本。
附图说明
图1是本实用新型一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置的结构框图；
图2是本实用新型中的图像锐化单元的结构框图；
图3是本实用新型中的统计滤波器的结构框图。
其中，1.图像锐化单元，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.开方器，2.第一比较器，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.第二比较器，3.统计滤波器，4.第一阈值调节装置，5.第二阈值调节装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置，包括依次连接的图像锐化单元1、第一比较器2和统计滤波器3，第一比较器2上连接有第一阈值调节装置4，统计滤波器3上连接有第二阈值调节装置5。
图像锐化单元1用于对图像进行边缘提取后，将得到的锐化结果输入到第一比较器2，第一比较器2中预设有锐化阈值，其将得到的锐化结果同锐化阈值进行比较，将大于该锐化阈值的部分判作图像边缘点，并输入到统计滤波器3，统计滤波器3用于滤除过度提取的细节信息，其将得到的图像边缘点和用于控制滤波程度的滤波阈值进行比较，将大于该滤波阈值的部分作为最终的图像边缘提取结果。第一阈值调节装置4用于调节第一比较器2中预设的锐化阈值大小，第二阈值调节装置5用于调节统计滤波器2中预设的滤波阈值大小。
如图2所示，图像锐化单元1包括第一移位寄存器1-1，第一移位寄存器1-1的输出端连接有用于计算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、以及用于计算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的输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的输出端依次连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的输出端均与加法器1-12相连接，加法器1-12的输出端连接有开方器1-13，开方器1-13的输出端作为图像锐化单元1的输出端。
图像锐化单元1中，由于一帧视频数据在FPGA不是存储为一个数组，而是一行行实时传输，先通过第一移位寄存器1-1将实时传输的一路像素数据，变为同时传输的三路像素数据。再将该并行的三路像素数据作为三路串行数据分别输入到计算X方向梯度和计算Y方向梯度的三个多路乘加器，X方向三个多路乘加器和Y方向三个多路乘加器将结果分别输入第一并行加法器1-8和第二并行加法器1-10。这两个并行加法器得出的数据就是X方向梯度数据和Y方向梯度数据。将该X方向梯度数据和Y方向梯度数据分别乘方后相加再通过开方器1-13，就得出了Sobel锐化(即索贝尔锐化)的结果。
如图3所示，统计滤波器2包括第二移位寄存器2-1，第二移位寄存器2-1的输出端连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的输出端连接有第三并行加法器2-5，第三并行加法器2-5的输出端连接有第二比较器2-6，第二比较器2-6的输出端作为统计滤波器2的输出端；第二阈值调节装置5与第二比较器2-6相连接。
本实用新型的统计滤波器是一种非线性的滤波器，它的响应基于图像滤波器包围的图像区域中像素的排序，然后由统计排序结果决定的值代替中心像素的值。其工作过程是：将Sobel锐化结果的一路串行像素数据通过第二移位寄存器2-1后变为并行的三路像素数据，将并行的三路数据作为三路串行数据分别输入第七多路乘加器、第八多路乘加器和第九多路乘加器。这三个多路乘加器将每一行像素值的加和结果输入第三并行加法器。第三并行加法器得出的数据就是统计滤波器中所有像素值的总和，将这个结果经过阈值判定得出最后的滤波结果，并作为最终的图像边缘提取结果实时输出。
本实施例中，第一阈值调节装置和第二阈值调节装置选用结构简单、成本低、且动作可靠的拨动开关。
Claims (4)
1.一种基于FPGA的图像景物边缘提取装置，其特征在于，包括依次连接的图像锐化单元(1)、第一比较器(2)以及统计滤波器(3)，所述第一比较器(2)上连接有用于调节该第一比较器(2)中预设的锐化阈值大小的第一阈值调节装置(4)，所述统计滤波器(3)上连接有用于调节该统计滤波器(2)中预设的滤波阈值大小的第二阈值调节装置(5)。
2.按照权利要求1所述的基于FPGA的图像景物边缘提取装置，其特征在于，所述图像锐化单元(1)包括第一移位寄存器(1-1)，所述第一移位寄存器(1-1)的输出端连接有用于计算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)、以及用于计算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(1-3)和第三多路乘加器(1-4)的输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)的输出端依次连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)的输出端均与加法器(1-12)相连接，所述加法器(1-12)的输出端连接有开方器(1-13)，所述开方器(1-13)的输出端作为所述图像锐化单元(1)的输出端。
3.按照权利要求1或2所述的基于FPGA的图像景物边缘提取装置，其特征在于，所述统计滤波器(2)包括第二移位寄存器(2-1)，所述第二移位寄存器(2-1)的输出端连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)，所述第七多路乘加器(2-2)、第八多路乘加器(2-3)和第九多路乘加器(2-4)的输出端连接有第三并行加法器(2-5)，所述第三并行加法器(2-5)的输出端连接有第二比较器(2-6)，所述第二比较器(2-6)的输出端作为所述统计滤波器(2)的输出端；所述第二阈值调节装置(5)与所述第二比较器(2-6)相连接。
4.按照权利要求1所述的基于FPGA的图像景物边缘提取装置，其特征在于，所述第一阈值调节装置(4)和第二阈值调节装置(5)均为拨动开关。
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|---|---|---|---|---|
| CN102841773A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-12-26 | 上海大学 | 基于FPGA的Roberts边沿检测器 |
| CN107945197A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 南通使爱智能科技有限公司 | 一种用于图像边缘提取的智能图像处理仪 |
| CN112614065A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-06 | 航天信息股份有限公司 | 一种用于对图像数据进行滤波的方法及系统 |
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