[發明專利]一種基于FPGA的實時二值圖像連通域標記實現方法

有效

• 申請號: 201410068052.2
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN104881666B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 王磊
• 申請（專利權）人: 王磊
• 主分類號: G06K9/38
• 分類號: G06K9/38;G06T1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于FPGA的實時二值圖像連通域標記實現方法，其特征在于：硬件平臺使用四個對稱處理節點組成，采用VPX架構（高速串行交換架構）；其中四個處理節點100~103使用XILINX公司的XC5VX95TI-2 FPGA，存儲單元200~203采用16片容量為2G比特DDR2顆粒，使得每個處理單元的存儲容量32G比特，處理單元之間的互聯采用16對2.5GHz 的Rocket IO，另外處理單元之間還有4對差分控制線，可用于處理單元之間的控制和狀態信號的通信；

其中處理節點由第一次掃描單元（1）、主控制器模塊（2）、相關性表存儲器組（3）、普通掃描單元（4）、DDR訪問仲裁模塊（5）、DDR控制器（6）和組幀和數據輸出模塊（7）構成；其連接方式為：主控制器模塊（2）分別與第一次掃描單元（1）、相關性表存儲器組（3）、普通掃描單元（4）和組幀和數據輸出模塊（7）相連，交互控制和狀態信息；第一次掃描單元（1）和普通掃描單元（4）通過標準的RAM訪問接口與相關性表存儲器組（3）相連，寫端口用于更新相關性表的內容，讀端口用于讀出相關性表的值；第一次掃描單元（1）、普通掃描單元（4）和組幀和數據輸出模塊（7）都需要與DDR進行數據交互，所以這三個模塊都通過自定義的高速訪問接口與DDR訪問仲裁模塊（5）相連；DDR訪問仲裁模塊（5）根據輪詢和自定義優先級相結合的仲裁方式把多個并行的對DDR的訪問請求映射為串行的DDR的訪問請求與DDR控制器（6）相連；DDR控制器（6）根據訪問請求產生DDR的訪問時序直接訪問外部的DDR芯片；組幀和數據輸出模塊（7）根據幀結構把標記值結果嵌入幀內輸出；

所述的第一次掃描單元（1）由串并轉換模塊（11）、原始數據乒乓緩沖（12）、第一次掃描單元處理控制模塊（13）、標記值乒乓緩沖（14）和DDR寫緩沖（15）構成；主控制器模塊（2）由主控制狀態機（21）和一些輔助邏輯構成；相關性表存儲器組（3）由訪問切換模塊（31）、緩沖器A（32）和緩沖器B（33）構成；普通掃描單元（4）由讀緩沖器組（41）、普通掃描單元處理控制模塊（42）、DDR寫緩沖（43）和標記值乒乓緩沖（44）構成；DDR訪問仲裁模塊（5）由端口選擇狀態機（51）、端口和狀態寄存器組（52）、讀數據緩沖（53）和讀寫控制狀態機（54）構成；DDR控制器（6）由初始化模塊（61）、控制狀態機（62）、數據通道（63）和相位校準模塊（64）構成；組幀和數據輸出模塊（7）由讀狀態機（71）、讀數據緩沖（72）、組幀控制邏輯（73）和輸出時序控制模塊（74）構成；

其特征在于實現包括如下步驟：

A. 在第一次掃描單元（1）中按照從左到右、從上到下的順序方式完成二值圖像的初始標記，并且把標記值之間的相關性信息寫入到相關性表存儲器組（3）中：

a)對輸入的二值圖像數據做串并轉換，變為8比特寬度的數據，存入原始數據乒乓緩沖（12）里，使得每次讀取8個圖像點的數據來處理，可以減少讀取次數；

b)判斷是否為目標點，然后做相應的處理，有三種情況，如果不為目標點，那么把當前位置點的標記值賦值為0；如果為新的目標點，也就是其左邊和上邊的點都不是目標點，那么把當前位置點的標記值賦值為已使用的最大的標記值加1，并且要修改相關性表；如果不為新的目標點，需要讀出相鄰像素的標記值，然后以這些標記值為地址從相關性表存儲器組（3）中讀出相關的標記值，把該點的標記值賦值為讀出的標記值的最小值，最后修改相關性表；

c)算出的標記值存入標記值乒乓緩沖（14）和DDR寫緩沖FIFO（15）中，第一次掃描單元（1）中的讀寫控制邏輯根據FIFO中的數據量啟動DDR寫操作把標記值存入DDR中；

B. 第一次掃描單元（1）處理完成之后對圖像完成了初始標記并且相關性表存儲器組（3）里面存入了標記值的相關性數據，此時主控制器模塊（2）通知普通掃描單元（4）開始下一次的掃描操作，并且通知相關性表存儲器組（3）里的訪問切換模塊（31）做訪問切換，之后響應普通掃描單元（4）發起的讀寫操作；

C.普通掃描單元（4）第一次掃描時按照從右到左、從下到上的逆序方式完成標記的融合，并且更新相關性表的信息：

a)從DDR中讀出標記值存入讀緩沖器組（41）中；

b)判斷標記值，如果不為0表示該點為目標點，其處理方式和第一次掃描單元（1）的處理完全不同，首先是從讀緩沖器組中讀出當前處理點以及左邊和右邊點的標記值，然后用這些標記值作為地址從相關性表存儲器組（3）中讀出相關的標記值，然后比較得到讀出的3個點的標記值的最小值，用這個最小值作為當前點的標記值并且更新相關性表存儲器組（3）中的值；

c) 算出的標記值寫入DDR寫緩沖FIFO（43）中，然后存入到DDR中；

D.普通掃描單元（4）完成掃描之后通知主控制器模塊（2），主控制器模塊（2）更新普通掃描單元（4）的參數值開啟下一次的掃描操作；

E.重復C,D步操作兩次完成對圖像的四次掃描；

F.所有的掃描操作完成之后主控制器模塊（2）通知組幀和數據輸出模塊（7）從DDR的對應位置取出最后的標記值，然后根據輸出幀的格式生成輸出的最終數據，最后輸出時序控制模塊（74）產生合適的時序把結果發送出去。