[發明專利]基于FPGA的圖像銳化系統及圖像銳化方法

無效

• 申請號: 201210054679.3
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN102609922A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 戴林;張立嵩
• 申請（專利權）人: 天津天地偉業數碼科技有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;H04N5/208
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司 12103
• 代理人: 王山

技術領域

本發明涉及視頻監控的技術領域，具體說是一種利用索貝爾算子實現實時視頻圖像的邊緣增強的基于FPGA的圖像銳化系統及圖像銳化方法。

背景技術

圖像銳化就是補償圖像的輪廓，增強圖像的邊緣及灰度跳變的部分，使圖像變得清晰，圖像銳化分為空間域處理和頻率域處理兩類。

圖像銳化處理的目的是為了使圖像的邊緣、輪廓線以及圖像的細節變的清晰，經過平滑的圖像變得模糊的根本原因是因為圖像受到了平均或積分運算，因此可以對其進行逆運算（如微分運算）就可以使圖像變的清晰。

圖像的能量主要集中在其低頻部分，圖像邊緣信息主要集中在其高頻部分。從頻率域來考慮，圖像模糊的實質是因為起高頻分量被衰減，因此可以用高通濾波器來使圖像清晰。

索貝爾算子一種離散差分算子，用來運算圖像亮度函數的梯度之近似值。在圖像的任何一點使用此算子，將會產生對應的梯度矢量或是其法矢量。該算子包含兩組3×3的矩陣，分別為橫向及縱向，將之與圖像作平面卷積，即可分別得出橫向及縱向的亮度差分近似值。如果以f(x,y)代表原始圖像，G(x)及G(y)分別代表經橫向及縱向邊緣檢測的圖像，其公式如下：

?????????????????????????????????????????????????和

圖像的每一個像素的橫向及縱向梯度近似值可用以下的公式結合，來計算梯度的大小：。?????????????

如果用g(x,y)代表銳化后的圖像，可以用以下公式表示：，其中，f(x,y)和g(x,y)是輸入圖像和銳化后的圖像，c和d為常數1。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種利用索貝爾算子實現實時視頻圖像的邊緣增強的基于FPGA的圖像銳化系統及圖像銳化方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:

本發明的基于FPGA的圖像銳化系統，包括模板生成模塊、模板參數疊加模塊和輸出值計算模塊，上述三個模塊依次相連接；模板生成模塊包含兩路先入先出存儲器FIFO1、FIFO2和一路數據幀輸入Pixel_In，數據幀輸入Pixel_In與FIFO2相連接，而FIFO2與FIFO1相連接，由數據幀輸入Pixel_In引入的前后連續兩幀視頻數據分別存入FIFO1和FIFO2，由數據幀輸入Pixel_In引入第三幀視頻數據構成3×3鄰域模板；模板參數疊加模塊中包括索貝爾模板、模板參數存儲器、乘法器和加法器，上述三路幀圖像分別通過乘法器與索貝爾模板分別相連，模板參數存儲器記錄濾波模板的因數，而模板參數存儲器通過乘法器與上述三路經過索貝爾模板相乘后的數據分別連接，所得三個乘積再通過加法器求和得到一列模板數據的和；輸出值計算模塊包含加法器、列數據存儲器和幀數據存儲器，三個列數據存儲器分別存儲三個列模板數據，三個幀數據存儲器與FIFO2相連接，依次存儲對應的FIFO2接收到的視頻數據，通過流水線加和三列模板數據的和，所得的和再與幀數據存儲器存儲的的數據通過加法器再次加和，并將所得數據作為數據幀輸出Pixel_Out。

本發明的基于FPGA的圖像銳化方法，包括以下步驟：

A、由數據幀輸入Pixel_In引入第一幀視頻圖像數據，并將此幀視頻圖像數據存入FIFO2；由數據幀輸入Pixel_In引入第二幀視頻圖像數據，并將此幀視頻圖像數據存入FIFO2，原來存儲在FIFO2中的第一幀視頻圖像數據轉存至FIFO1，同時第二幀視頻圖像數據也傳輸至輸出值計算模板中的幀數據存儲器Reg6，再由數據幀輸入Pixel_In引入第三幀視頻圖像數據，與FIFO1和FIFO2中存儲的前兩幀視頻圖像數據構成3×3鄰域模板；

B、上述第一至第三幀視頻圖像數據所對應的三路數據分別通過乘法器與索貝爾模板進行乘法計算；

C、與索貝爾模板相乘后得到的三路數據再次分別與模板參數存儲器中記錄的濾波模板的因數相乘；

D、將經C步驟得到的三路數據各自對應的乘積通過加法器加和，得到第一列模板數據的和，將第一列模板數據的和存入輸出值計算模塊中的列數據存儲器Reg3中；

E、由數據幀輸入Pixel_In引入第四幀視頻圖像數據，第三幀視頻圖像數據存儲入FIFO2，而原來存儲與FIFO2的第二幀視頻圖像數據存入FIFO1，同時將第三幀視頻圖像數據傳輸至輸出值計算模板中的幀數據存儲器Reg6，而原存儲于Reg6的第二幀視頻圖像數據傳輸至與Reg6順序連接的Reg5，第四幀視頻圖像數據與FIFO1和FIFO2中存儲的第二幀及第三幀視頻圖像數據構成3×3鄰域模板；