[發(fā)明專利]相關(guān)運算裝置和互相關(guān)函數(shù)運算脈動流水線

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010000837.8
• 申請日: 2010-01-19
• 公開（公告）號: CN102129661A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊志華;王春鴻;饒長輝;馬曉燠;鄭軼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)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(zé)任公司 11021
• 代理人: 趙偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)中的圖像相關(guān)函數(shù)計算的高速實時實現(xiàn)技術(shù)，更具體地，涉及一種基于FPGA器件的圖像互相關(guān)函數(shù)運算的脈動流水線技術(shù)。

背景技術(shù)

本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及圖像相關(guān)函數(shù)計算的高速實時實現(xiàn)。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(guān)函數(shù)。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(qū)域進行比較，求取互相關(guān)函數(shù)，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(guān)函數(shù)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(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使用DSP計算互相關(guān)函數(shù)，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(shè)計的難度，增加了系統(tǒng)成本。

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

r_RL＝IFFT[FFT(I_R)·FFT^*(I_L)]

這一技術(shù)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(fù)雜，開發(fā)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(fā)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(guān)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，采用更優(yōu)方法，在FPGA器件內(nèi)以流水線的形式實現(xiàn)了互相關(guān)函數(shù)的計算，流水線運行頻率可高達470MHz，并使高度并行的互相關(guān)函數(shù)的計算成為可能。

根據(jù)本發(fā)明，提出了一種相關(guān)運算裝置，包括：乘積單元，用于對輸入的實時圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行乘法運算，并輸出得到的乘積結(jié)果；累加單元，用于對乘積單元得到的乘積結(jié)果進行累加，并輸出得到的累加結(jié)果；結(jié)果輸出單元，用于根據(jù)輸出使能信號，輸出得到的累加結(jié)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(qū)間，結(jié)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(jié)果輸出單元的工作區(qū)間。