[發明專利]基于FPGA的單像素邊緣檢測方法

無效

• 申請號: 201010607334.7
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102044071A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 彭方新;陸小鋒;陸亨立;楊靜;牛娜;范天翔;沈蘇旻
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海磐宏電子科技有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于操作步驟如下：

A.對傳輸至FPGA的RGB空間視頻信號首先經過RGB轉灰度空間變換，得到一路灰度信號供后續處理；

B.對灰度圖像依次進行快速中值濾波、邊緣增強圖像預處理操作，減小圖像噪聲影響并突出圖像邊緣部分，方便后續處理；

C.對得到的圖像進行Canny邊緣檢測，經過Canny邊緣檢測算法的三部步操作后，得到邊緣相對細致的視頻圖像；

D.最后對邊緣圖像進行形態學腐蝕運算操作，進一步細化邊緣，最終獲得單像素精度的邊緣圖像。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述步驟A的中RGB轉灰度空間的轉換程序采用經典RGB轉灰度公式，將彩色視頻的三路信號轉換為一路亮度信號處理；FPGA利用內部乘加器與移位運算實現灰度轉換中的浮點算術運算。

3.根據權利要求1所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述步驟B中的圖像預處理采用快速中值濾波算法和邊緣增強處理，其中的快速中值濾波算法利用FPGA的并行處理機制，將9個串行圖像數據的比較問題轉化為三路三輪三個數據比較的并行處理，大幅減小運算時間，其操作步驟如下：

B-1.串行輸入的圖像數據經過3級FIFO緩沖，并在每級FIFO輸出端引入兩級寄存器，每個端口引出數據輸出端，得到并行的3×3像素塊的9個像素值；

B-2.將9個像素值分為三組，分別比較計算得到每組的最小值、中間值和最大值；

B-3.將步驟b中得到的三個最小值分為一組進行比較，輸出其中的最大值，將步驟B-2中得到的三個中間值分為一組進行比較，輸出其中的中間值，將步驟b中得到的三個最大值分為一組進行比較，輸出其中的最小值；

B-4將步驟B-3中得到最大值、中間值、最小值進行比較，輸出中間值，即得到3×3像素塊中的中值。

4.根據權利要求1或3所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述步驟B中的圖像預處理采用邊緣增強算法突出圖像邊緣，邊緣增強算法采用3×3像素塊操作，利用卷積運算加大邊緣像素的梯度差。

5.根據權利要求1所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述步驟C的Canny邊緣檢測算法需進行水平、垂直、總梯度及梯度方向計算，非極大值抑制和雙閾值分割三個步驟處理。

6.根據權利要求1或5所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述的Canny邊緣檢測算法的水平、垂直梯度的求解采用3×3像素塊中心像素點的水平與垂直方向上的像素點的像素值進行簡單算術運算得到，總梯度采用水平與垂直梯度的絕對值近似計算。

7.根據權利要求1或5所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述的Canny邊緣檢測算法的梯度方向的求解步驟如下：

C-1.根據FIFO三級緩沖，得到3×3像素塊，判斷中間像素值的梯度方向；

C-2將3×3像素塊的中心像素點梯度方向按45度一個方向分解為8個梯度方向；

C-3利用正切函數在45度角及其倍數角上的特殊性將FPGA反三角函數的求解轉化為水平與垂直梯度的正負及絕對值大小比較操作，從而使梯度方向的判定得到簡化；

C-4根據中心像素點水平、垂直梯度的正負、及絕對值大小，得到其梯度方向。

8.根據權利要求1或5所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述的Canny邊緣檢測算法的非極大值抑制采用3×3像素塊的各像素點的梯度值運算，在梯度方向上比較梯度值大小，判斷中心像素點是否為邊緣像素點。

9.根據權利要求1和5所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述的Canny邊緣檢測算法的雙閾值分割采用高低兩個閾值劃分像素點是否為邊緣點，其操作步驟如下：

D-1若像素點梯度值高于高閾值，則判定該點為邊緣點；

D-2若像素點梯度值低于低閾值，則判定該點必為非邊緣點；

D-3若像素點梯度值介于高低閾值之間，則進一步考察該像素點的3×3像素塊周邊像素點的梯度值大小；若周邊有梯度值高于高閾值的像素點，則該像素點仍判定為邊緣點，若周邊像素點梯度值均小于高閾值，則該像素點判定為非邊緣點。

10.根據權利要求1所述的基于FPGA的單像素邊緣檢測方法，其特征在于所述步驟D中的形態學腐蝕運算采用邊緣圖像的3×3像素塊進行運算，考察中心像素點的水平、垂直及對角線上是否存在邊緣像素點，得到在Canny求得的圖像邊緣基礎上進一步細化的邊緣圖像。