[發明專利]相關運算裝置和互相關函數運算脈動流水線

無效

• 申請號: 201010000837.8
• 申請日: 2010-01-19
• 公開（公告）號: CN102129661A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 樊志華;王春鴻;饒長輝;馬曉燠;鄭軼
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06F17/15
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 趙偉

技術領域

本發明涉及圖像處理技術中的圖像相關函數計算的高速實時實現技術，更具體地，涉及一種基于FPGA器件的圖像互相關函數運算的脈動流水線技術。

背景技術

本發明屬于圖像處理領域，涉及圖像相關函數計算的高速實時實現。在圖像處理中，很多重要的場合(如目標跟蹤與識別、圖像配準與融合等)都需要計算圖像的互相關函數。例如，在進行目標跟蹤時，需要將目標模板與實時圖像的各個區域進行比較，求取互相關函數，從而確定目標在實時圖像中的位置。

參考圖像I_R(i，j)和實時圖像I_L(i，j)的互相關函數定義為：

rRL(u,v)=1M2Σi=0M-1Σj=0M-1IR(i+u,j+v)IL(i,j)]]>

其中參考圖像大小為M×M；而實時圖像大小為N×N，M≤N。

美國National?Solar?Observatory(NSO)配備的太陽自適應光學系統使用DSP計算互相關函數，采用了多片DSP并行處理的方案來提高實時性。但是，上述方案加大了電路板設計的難度，增加了系統成本。

中國國家天文臺的空間太陽望遠鏡系統采用基于FPGA的相關跟蹤器，具體是根據維納-辛欽定理，在頻域計算互相關函數，其分解公式如下：

r_RL＝IFFT[FFT(I_R)·FFT^*(I_L)]

這一技術方案進一步利用了傅里葉變換的可分離性和快速算法，使運算量大大減小。然而，這種方法涉及快速傅里葉變換算法，控制信號復雜，開發成本高，尤其對小尺寸圖像，該方法對速度的提高效果并不顯著，性價比不高。

本發明充分利用了FPGA器件良好的并行性，通過乘積、累加、輸出的流水線處理，大大提高了相關運算的實時性，而且控制信號簡單，通過寄存器延遲向其他流水線傳遞。

發明內容

本發明解決的問題是：針對現有技術的缺點，采用更優方法，在FPGA器件內以流水線的形式實現了互相關函數的計算，流水線運行頻率可高達470MHz，并使高度并行的互相關函數的計算成為可能。

根據本發明，提出了一種相關運算裝置，包括：乘積單元，用于對輸入的實時圖像數據和參考圖像數據執行乘法運算，并輸出得到的乘積結果；累加單元，用于對乘積單元得到的乘積結果進行累加，并輸出得到的累加結果；結果輸出單元，用于根據輸出使能信號，輸出得到的累加結果，其中乘積單元和累加單元由相同的工作使能信號控制，所述工作使能信號定義了乘積單元和累加單元的工作區間，結果輸出單元由輸出使能信號控制，所述輸出使能信號定義了結果輸出單元的工作區間。