[發明專利]一種用于FAST角點檢測的向量化硬件裝置

有效

• 申請號: 202110998588.4
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113781290B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 劉檬;張智也;賈云鵬;胡冬青
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06F13/42;G06F9/30
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明公開一種用于FAST角點檢測的向量化硬件裝置。該硬件裝置包括：圖像緩存寄存器堆單元由9個向量寄存器組成，并用于緩存圖像的灰度像素數據；向量處理單元用于針對FAST角點的計算和判斷過程，接收來自圖像緩存寄存器堆單元的FAST窗口數據，并設計了多個并行處理單元，向量處理單元并行化計算角點結果數據；數據寫回單元用于將角點數據結果寫回外部存儲設備的功能，并通過向量寄存器用于功能實現；整個硬件裝置通過狀態機控制單元進行各模塊間的控制功能，并提供AXI總線接口。本發明能夠實現FAST角點檢測的向量化計算，并具有高度并行化、精度不損失、易于硬件指令化、模組化等優點。

技術領域

本發明涉及計算機視覺處理器領域，具體涉及一種用于FAST角點檢測的向量化硬件裝置。

背景技術

角點檢測是圖像處理的重要技術，可應用于物體識別、系統追蹤、導航定位等計算機視覺場景中。FAST角點檢測具有線性的計算復雜度，更易符合高幀率計算的場景。另一方面，FAST算法也可以作為復雜角點檢測過程的計算基礎，例如ORB算法過程。隨著近年來不斷提升的高分辨率、高幀率、高實時性的圖像計算場景需要，加速FAST角點檢測計算過程具有了更重要的意義。

現階段角點檢測算法通常采用通用的計算機處理器來運行，例如中央處理器(CPU)和圖形處理器(GPU)等。通過GPU或者多線程技術來加速算法過程，尚未出現針對特定角點檢測算法的向量化加速技術。

所以，本文提出的FAST角點檢測的向量化硬件裝置，通過硬件電路實現了FAST16算法過程，并通過向量化技術提升了計算并行度，可充分利用AXI總線帶寬資源。該裝置即可作為硬件IP核嵌入SoC處理器芯片，也可以通過搭建相關外圍電路成為獨立的硬件系統。該裝置也適用于指令化設計的向量處理器，具備擴展性。該裝置具有高實時性、FAST算法精度無損、針對不同圖像分辨率要求的可配置性、高性能低功耗的特點。

發明內容

本發明提供一種用于FAST角點檢測的向量化硬件裝置，用于解決現有技術中針對FAST角點檢測計算過程尚無專用向量化硬件裝置的現狀。

一種用于FAST角點檢測的向量化硬件裝置，其特征在于，所述裝置包括：圖像緩存寄存器堆單元、向量處理單元、數據寫回單元和狀態機控制單元，其中：

所述圖像緩存寄存器堆單元用于接收待輸入的灰度圖像數據,并按照所設計的寄存器資源大小進行緩存，用于供給向量處理單元進行角點檢測計算，其中，圖像緩存寄存器所裝載數據對應多個角點待計算窗口數據；

所述向量處理單元用于對多個角點的并行化計算，對于待判斷像素點進行角點屬性判定計算，非極大值抑制響應值計算和像素點坐標值換算；

所述數據寫回單元用于將角點計算結果壓縮到結果寄存器，以使角點計算結果合并寫出；

所述狀態機控制單元用于控制圖像緩存寄存器堆單元、向量處理單元和數據寫回單元的任務調度。

優選的，所述的向量化硬件裝置，其特征在于，所述的圖像緩存寄存器堆單元由9個多比特位向量寄存器組成，用于緩存多組角點檢測算法所需的像素點窗口數據；灰度圖像數據按連續組分發到圖像緩存寄存器堆單元，并由狀態機控制灰度圖像數據拼接步長。圖像緩存寄存器堆單元采用乒乓架構來平衡緩存過程和計算過程的時間開銷。

優選的，所述的向量化硬件裝置，其特征在于，所述的多比特位向量寄存器批量裝載每幀圖像的行像素數據和單個邊界像素點的坐標位置信息。

優選的，所述的向量化硬件裝置，其特征在于，向量處理單元通過并行訪問圖像緩存寄存器堆單元獲取多組計算窗口數據，且并行化的運行角點檢測計算過程。

優選的，所述的向量化硬件裝置，其特征在于，向量處理單元具有和計算窗口數據組數相同的角點檢測計算單元，計算單元共享整個圖像緩存寄存器堆單元，并同步訪問角點計算窗口數據。