[發明專利]基于FPGA的目標尺寸檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202010145918.0
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111369613A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 李武森;胡梅;陳文建
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/80;H04N5/225
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種基于FPGA的目標尺寸檢測系統，其特征在于，所述系統包括：光學成像模塊、圖像采集模塊、圖像預處理模塊、圖像存儲與顯示模塊、目標尺寸測量模塊、時鐘分頻模塊以及寄存器配置模塊；所述時鐘分頻模塊、寄存器配置模塊、圖像采集模塊、圖像預處理模塊、圖像存儲與顯示模塊均由FPGA實現；

所述光學成像模塊，包括光學成像鏡頭、圖像傳感器，用于將待測目標通過光學成像鏡頭成像在圖像傳感器上；

所述圖像采集與轉換模塊，用于采集所述圖像傳感器輸出的bayer圖像數據，并將bayer圖像數據轉換為RGB圖像；

所述圖像預處理模塊，用于對所述RGB圖像進行濾波去噪、二值化預處理；

所述圖像存儲與顯示模塊，用于存儲并顯示所述圖像預處理模塊處理后的圖像；

所述目標尺寸測量模快，用于根據所述圖像預處理模塊處理后的圖像求取待測目標的實際尺寸；

所述時鐘分頻模塊，用于為其他模塊提供所需工作時鐘；

所述寄存器配置模塊，用于配置所述圖像傳感器的地址以及圖像傳感器中的寄存器地址和數據。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的目標尺寸檢測系統，其特征在于，所述圖像傳感器具體采用CMOS圖像傳感器。

3.根據權利要求1所述的基于FPGA的目標尺寸檢測系統，其特征在于，所述寄存器配置模塊通過IIC總線配置所述圖像傳感器的地址以及圖像傳感器中的寄存器地址和數據。

4.根據權利要求1所述的基于FPGA的目標尺寸檢測系統，其特征在于，所述圖像存儲與顯示模塊包括SDRAM存儲器和VGA顯示屏。

5.一種基于FPGA的目標尺寸檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，利用FPGA的IP核生成鎖相環PLL，產生時鐘，之后對產生的時鐘進行分頻處理，獲得所需工作時鐘；

步驟2，通過IIC總線對圖像傳感器的地址以及圖像傳感器中的寄存器地址和數據進行配置；

步驟3，待測目標通過光學成像鏡頭成像在圖像傳感器上，采集待測目標的bayer圖像數據，并將bayer圖像數據轉換為RGB圖像；

步驟4，對所述RGB圖像進行濾波去噪、二值化預處理；

步驟5，存儲且顯示預處理后的圖像，并根據該圖像求取待測目標的實際尺寸。

6.根據權利要求5所述的基于FPGA的目標尺寸檢測方法，其特征在于，步驟3所述將bayer圖像數據轉換為RGB圖像，具體包括：

利用一個2*2掃描窗口對bayer圖像數據進行掃描，對R,G,B三種像素進行插值處理獲得RGB圖像；所述2*2掃描窗口按行列奇偶數不同分為4種類型：(a){行偶，列偶}，(b){行偶，列奇}，(c){行奇，列偶}，(d){行奇，列奇}；假設line1_1、line1_2、line2_1、line2_2分別為沿逆時針方向2*2掃描窗口四個像素點的數據；

針對窗口類型(a)，插值公式為：

R＝line1_1+8'd5；

G＝line2_1+line1_2+8'd10；

B＝line2_2+8'd5

針對窗口類型(b)，插值公式為：

R＝line1_2+8'd5；

G＝line1_1+line2_2+8'd10；

B＝line2_1+8'd5

針對窗口類型(c)，插值公式為：

R＝line2_1+8'd5；

G＝line1_1+line2_2+8'd10；

B＝line1_2+8'd5

針對窗口類型(d)，插值公式為：

R＝line2_2+8'd5；

G＝line2_1+line1_2+8'd10；

B＝line1_1+8'd5。

7.根據權利要求6所述的基于FPGA的目標尺寸檢測方法，其特征在于，步驟5所述根據該圖像求取待測目標的實際尺寸，具體過程包括：

針對矩形待測目標：

步驟5-1，獲取圖像中待測目標的四個頂點坐標，沿逆時針方向分別記為(X_T,Y_T)、(X_B,Y_B)、(X_L,Y_L)、(X_R,Y_R)；

步驟5-2，根據四個頂點坐標，求取待測目標分別在長、寬方向上的像素元數目：

其中，N_L，N_W分別為待測目標在長寬方向上的像素元數目；

步驟5-3，依據步驟3至步驟4的過程，對矩形標準網格進行成像，并根據步驟5-2的過程求取矩形標準網格分別在長、寬方向上的像素元數目M_L、M_W；其中矩形標準網格的實際長、寬分別為L₀、W₀；

步驟5-4，根據所述M_L、M_W、L₀、W₀、N_L、N_W，求取待測目標的實際長寬分別為：

針對不規則待測目標：

先獲取不規則待測目標的最小外接矩形，之后依據上述步驟5-1至步驟5-4的過程求取最小外接矩形的尺寸，作為待測目標的實際尺寸。