[發明專利]一種基于FPGA的降噪邊緣檢測方法

有效

• 申請號: 201710729198.0
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107633525B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 董恩增;杜建寶;佟吉剛;張祖鋒;陳超;焦迎杰
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/136;G06T5/00;G06T5/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于FPGA的降噪型邊緣檢測方法，包括：將待處理圖像轉化成mif格式文件，并存入FPGA中的單口ROM IP核，利用地址計數將圖像數據從ROM中讀出；將圖像與5×5的高斯拉普拉斯算子進行卷積操作；利用四個方向sobel算子的模板計算7×7陣列中的中心點處的四個方向的最大一階偏導數；LOG算子卷積值閾值化，找出可疑零交叉點和非零交叉點；對于可疑零交叉點，當其與中心點處梯度法向方向相一致時認為此點為真零交叉點，否則為假零交叉點；對真零交叉點與假零交叉點，分別進行梯度方向上的膨脹與腐蝕操作；對于非零交叉點，進行腐蝕膨脹的開運算，對圖像去噪，獲得圖像的邊緣。

技術領域

本發明涉及圖像處理和機器視覺技術領域。

背景技術

邊緣檢測是數字圖像處理領域中一個重要的組成部分，傳統的邊緣檢測算子是利用灰度的劇烈變化來檢測出圖像的邊緣，這些方法雖然能夠檢測出邊緣但是對圖像當中的噪聲卻不能很好的濾除反而產生較大的響應。如何提高邊緣檢測的精度是眾多學者一直在研究的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種更為精確的圖像邊緣檢測對即使被噪聲污染的圖片也能起到精確的邊緣檢測的效果。并且利用FPGA的并行性和流水線處理的優勢，提高系統的實時性和便攜性。提供一種基于FPGA的降噪型邊緣檢測系統。本發明的技術方案如下：

一種基于FPGA的降噪型邊緣檢測方法，包括下列的步驟：

(1)將待處理圖像轉化成FPGA可以識別的兩個mif格式文件，并存入FPGA中的兩個單口ROM IP核，一個mif文件為圖片的像素索引值，另一個mif文件為索引值對應的像素值，之后利用地址計數將圖像數據從ROM中讀出；

(2)將圖像與5×5的高斯拉普拉斯算子進行卷積操作，方法如下：從ROM中讀出的圖像數據利用移位寄存器Shift Register緩存7行，之后將7行數據隨著時鐘周期存入7×7的寄存器陣列；對于模板中的乘法運算利用Verilog語言中的移位運算符達到乘以2的冪次的效果，之后將模板覆蓋的25寄存器相加得到一個卷積值。

(3)利用0°，45°，90°和135°四個方向sobel算子的模板計算7×7陣列中的中心點處的四個方向的最大一階偏導數；

(4)將步驟(2)得到的LOG算子卷積值閾值化：預設一個正閾值和一個負閾值，在FPGA中分配三個比特的符號位寄存器，卷積值大于正閾值時符號位為“001”，小于負閾值時符號位為“010”，其余的情況符號位為“100”；根據中心點以及相鄰點處的LOG卷積值的符號從“001”“010”兩種情況中找出可疑零交叉點，“100”的情況為非零交叉點；

(5)對于可疑零交叉點，當其與中心點處梯度法向方向相一致時認為此點為真零交叉點，否則為假零交叉點；

(6)對真零交叉點與假零交叉點，用步驟(3)所述的四個方向的基本體分別進行梯度方向上的膨脹與腐蝕操作；對于非零交叉點，進行腐蝕膨脹的開運算，對圖像去噪，獲得圖像的邊緣。

本發明對傳統邊緣檢測算法進行了改進，適用于對被污染的圖像進行邊緣檢測，可以能夠提高圖像的清晰度，此外利用FPGA的并行處理的優勢提高了邊緣檢測的運行效率，能夠在邊緣檢測的同時對圖像中的非邊緣點的噪聲進行濾除。

附圖說明

圖1系統總體設計框圖；

圖2圖片存儲模塊硬件電路圖；

圖3算法流程圖；

圖4 LOG算子模板；

圖5卷積計算模塊硬件電路圖；

圖6 4個方向的sobel算子模板；

圖7中心點處最大梯度仿真圖；

圖8零交叉點判斷仿真圖；