第12章++图像边缘检测器的设计与ppt课件.ppt

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1、第12章图像边缘检测器的设计与分析12.1系统设计要求12.2系统设计方案12.3主要LPM原理图和VHDL源程序12.4系统仿真/硬件验证12.5设计技巧分析12.6系统扩展思路12.1系统设计要求在嵌入式图形系统处理领域，图像处理的速度问题一直是一个很难突破的设计瓶颈。一般情况下，控制领域及数据处理领域几乎是单片机和数字信号处理器的天下，但是在数据处理量大，实时性要求更为苛刻的场合，传统的MCU根本无法适应实时大批量数据处理场合，而DSP虽然具备指令流水线和很高的处理速度，但是由于其本质仍然是依靠串行执行

2、指令来完成相应的图像处理算法的，所以其处理速度依然很受限制。图12.1是一个DSP+FPGA/CPLD的图像处理系统的总体框图，其中图像传感器CCD的主要功能是获取外界图像的各个像素点灰度值；图像主处理器采用数字信号处理器DSP，主要负责对图像传感器传送的灰度信息进行存储，并负责调用协处理器进行边界像素判别，找出我们感兴趣的目标对象，从而得到该对象的运动信息，以便控制执行装置进行位置跟踪；边缘检测协处理器为FPGA/CPLD，主要完成主处理器传送过来的像素的边界判别，并把处理结果返回到主处理器中。图12.1D

3、SP+FPGA/CPLD图像处理系统的组成框图在本系统中，系统的设计指标为：数据吞吐量>10Mb/s；动态响应时间<100ms/frame。主处理器初步选用德州公司的DSP芯片TMS320C5402，协处理器拟采用ALTERA公司的FLEX10K20。图像处理系统的接口关系如图12.2所示，其中FLEX10K20的接口说明如下：DATA：8位数据输入端口。WR：写有效信号输入端口。CLK：同步时钟输入端口。T_D：阈值/像素值选择端口，T_D=1时，表示输入的数据为像素阈值，为0时表示输入的数据为像素值。CS

4、：片选信号，低电平有效。READY：状态查询位，为协处理器“准备好”信号输出端，低电平有效，当该协处理器处理完一帧图像后，该信号恢复有效电平，主处理器启动下一帧图像的边界处理。MAGOUT：像素边界判别信号输出，MAGOUT为1时，表示当前像素为边界像素，为0表示为非边界像素。图12.2图像处理系统接口关系图12.2系统设计方案12.2.1算法选择图像处理经常用于在连续图像中跟踪移动物体。它从传感器接收图像的连续流，根据输入图像的数据选择跟踪物体。初始图像不断被加强，然后进行分割，以定位物体或找出感兴趣的区域

5、。定位物体或区域后，检查出可以最终划分物体的特征。Sobel算法包括带4个3×3掩码的输入图像数据，即Sobel算子，它设置权重来检测水平、垂直、左对角、右对角各个不同方向上密度幅度的不同。这个过程通常被称为过滤。下面我们来看一个3×3的像素窗口，如图12.3所示。图12.3像素窗水平、垂直、左对角、右对角各图像方向上密度幅度的变化可以用如下算子进行计算：H=(Q0+2Q3+Q6)?(Q2+2Q5+Q8)V=(Q0+2Q1+Q2)?(Q6+2Q7+Q8)DR=(Q1+2Q0+Q3)?(Q5+2Q8+Q7)DL

6、=(Q1+2Q2+Q5)?(Q3+2Q6+Q7)H、V、DL、DR这四个参数用于计算梯度大小和方向。对梯度大小的一个普遍估计值为：Magnitude＝Max(H,V,DR,DL)12.2.2算法实现由前面所述可知，Sobel的滤波函数为H=(Q0+2Q3+Q6)?(Q2+2Q5+Q8);V=(Q0+2Q1+Q2)?(Q6+2Q7+Q8)DR=(Q1+2Q0+Q3)?(Q5+2Q8+Q7);DL=(Q1+2Q2+Q5)?(Q3+2Q6+Q7)Magnitude＝Max(H,V,DR,DL)为了减少设计的复杂度，

7、上面式子中的乘法运算可以改写成加法运算：H=(Q0+Q3+Q3+Q6)?(Q2+Q5+Q5+Q8);V=(Q0+Q1+Q1+Q2)?(Q6+Q7+Q7+Q8)DR=(Q1+Q0+Q0+Q3)?(Q5+Q8+Q8+Q7);DL=(Q1+Q2+Q2+Q5)?(Q3+Q6+Q6+Q7)12.2.3总体设计方案根据图像处理的知识及分析，我们可得到此边缘检测处理器的工作流程如图12.4所示。首先，DSP将从图像传感器中获取的灰度图(800×600)按照每三列划分为一帧的原则进行帧窗口划分。帧窗口的图形数据又按照每三行划

8、分为一个像素处理窗口的原则逐一进行处理。图12.4图像处理流程示意图根据以上设计思路，我们可把整个系统的实现划分为四个大的模块，其总体结构如图12.5所示。其中：帧窗口接收模块(FIFO)负责接收DSP传送过来的一个帧窗口的数据，其本质为一个双端口先入先出栈FIFO，其数据宽度为8，深度等于一个帧窗口内的像素点个数(600×3＝1800)。串入并出模块(SIPO)负责把FIFO内的数据转换成为像素处