[發明專利]一種用于高斯金字塔構建的可重構硬件加速方法與系統

在審

• 申請號: 202110484312.4
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113191935A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 王超;余國義;詹翊;劉炳強;胡曉峰;王子豪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06F9/30;G06F9/28
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

1.一種用于高斯金字塔構建的可重構硬件加速方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.將原始圖像像素數據以行緩沖的形式存儲，按列并行輸出待卷積的像素值矩陣；

S2.調整待卷積的像素值矩陣的行順序，使得先寫入的像素數據不被覆蓋；

S3.使用待卷積的像素值矩陣的中心像素值的坐標信息來選擇是否進行邊緣填充以及邊緣填充的數據；

S4.將待卷積的像素值矩陣中與高斯卷積核中相同權重相乘的像素值先進行相加，得到可以被不同高斯卷積核復用的部分和，基于部分和完成M個不同的尺度系數的高斯卷積運算，形成一組高斯圖像，多組高斯圖像形成高斯金字塔；

S5.同一組高斯圖像中不同尺度系數的高斯圖像作差，形成一組高斯差分圖像，多組高斯差分圖像形成高斯差分金字塔。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中輸出的待卷積的像素值矩陣經過一個從慢時鐘域到快時鐘域的變換，再進入S2。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4具體包括如下步驟：

S41.將待卷積的像素值矩陣中與高斯卷積核中相同權重相乘的像素值先進行相加，得到可以被不同高斯卷積核復用的部分和；

S42.將所述部分和分成多組，采用時分復用，使多組部分和分時完成M個不同尺度系數的高斯卷積，形成一組高斯圖像，多組高斯圖像形成高斯金字塔。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中當待卷積像素值矩陣的中心像素值位于原始圖像中間，不進行邊緣填充；當待卷積像素值矩陣的中心像素值處于圖像邊緣，進行邊緣填充，填充方式為零值邊緣填充、常數邊緣填充或者重復邊緣填充。

5.一種用于高斯金字塔構建的可重構硬件加速系統，其特征在于，包括：N組SRAM、N組FIFO、N-N的開關網絡、N×N的移位寄存器陣列、高斯卷積運算模塊以及高斯差分模塊；

N組SRAM，用于在慢時鐘域下，將原始圖像像素數據以行緩沖的形式存入，按列并行輸出待卷積的像素值矩陣；

N組FIFO，用于實現從慢時鐘域到快時鐘域的變換；

N-N的開關網絡，用于在快時鐘域下，調整待卷積的像素值矩陣的行順序，使得先寫入的像素數據不被覆蓋后按列輸出待卷積的像素值矩陣；

N×N的移位寄存器陣列，用于在快時鐘域下，緩存待卷積的像素值矩陣以及邊緣填充值；

高斯卷積運算模塊，用于在快時鐘域下，實現可重構高斯金字塔構建；

高斯差分模塊，用于在快時鐘域下，將所述高斯卷積運算模塊輸出的同一組高斯圖像中不同尺度系數的高斯圖像作差分，不同組的高斯差分結果形成高斯差分金字塔。

6.如權利要求5所述的系統，其特征在于，所述高斯卷積運算模塊包括加法樹模塊、多路分配器和H個可重構PE陣列；

加法樹模塊，用于在快時鐘域下，在對SRAM組進行一列像素值讀出的時間，即產生一個新的待卷積像素矩陣的時間內，將像素值矩陣中與高斯卷積核中相同權重相乘的像素值進行相加，得到可以被不同高斯卷積核復用的部分和；

多路分配器，用于在快時鐘域下，在對SRAM組進行一列像素值讀出的時間，即產生一個新的待卷積像素矩陣的時間內，對所述部分和分時分配給可重構PE陣列；

可重構PE陣列，用于在快時鐘域下，在對SRAM組進行一列像素值讀出的時間，即產生一個新的待卷積像素矩陣的時間內，對被分配的可重構PE陣列進行時分復用，基于部分和完成M個不同的尺度系數對部分和進行高斯卷積運算，形成一組高斯圖像，多組高斯圖像形成高斯金字塔。

7.如權利要求6所述的系統，其特征在于，高斯金字塔的一組高斯圖像有M層，高斯卷積運算速度是SRAM讀寫速度的P倍，可重構PE陣列的個數表示向上取整，被分配的可重構PE陣列的個數≤H。

8.如權利要求5所述的系統，其特征在于，N×N移位寄存器陣列還包括多路選擇器MUX，用于使用當前待卷積像素值矩陣的中心像素值的坐標信息來選擇是否進行邊緣填充以及邊緣填充的數據。

9.如權利要求8所述的系統，其特征在于，當當前待卷積像素值矩陣的中心像素值位于原始圖像中間，不進行邊緣填充；當當前待卷積像素值矩陣的中心像素值處于圖像邊緣，進行邊緣填充，填充方式包括零值邊緣填充、常數邊緣填充或者重復邊緣填充。