[發(fā)明專利]一種基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210240902.7
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114612513A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿莉;龔一帆;李佳霖;張良基;雷瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/269;G06N3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將第K幀和第K+1幀圖像作為輸入，經(jīng)異步FIFO實現(xiàn)位寬和時鐘的切換后寫入DDR中；

S2、以第K幀特征點的坐標(biāo)作為輸入，從步驟S1寫入存儲第K幀和第K+1幀圖像的DDR中讀取以第K幀特征點為中心的連續(xù)兩幀圖像所需最大像素窗口，隱式的創(chuàng)建圖像金字塔；

S3、對步驟S2讀取的最大像素窗口進(jìn)行雙線性插值，將雙線性插值過后的窗口進(jìn)行梯度求解，并對相應(yīng)的特征點進(jìn)行KLT特征驗證，篩選滿足特征驗證條件的特征點；

S4、對步驟S3篩選后的特征點進(jìn)行光流的雙向估計與迭代求解，得到圖像金字塔第3層中第K幀特征點在第K+1幀中的坐標(biāo)，以坐標(biāo)初始化圖像金字塔第2層中第K+1幀特征點的坐標(biāo)，繼續(xù)經(jīng)步驟S3對特征點光流的雙向估計與迭代求解，得到圖像金字塔第2層中第K幀特征點在第K+1幀中的坐標(biāo)，以坐標(biāo)初始化圖像金字塔第1層中第K+1幀特征點的坐標(biāo)，經(jīng)步驟S3的特征點光流的雙向估計與迭代求解，得到圖像金字塔第1層中第K幀特征點在第K+1幀中的坐標(biāo)，將圖像金字塔第1層中第K+1幀特征點的坐標(biāo)作為第K幀特征點經(jīng)光流計算最終得到的結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法，其特征在于，步驟S1中，以32bit為一個單元存儲，將4個8bit的像素數(shù)據(jù)寫入DDR中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法，其特征在于，步驟S2中，以特征點P_k、P_k+1為中心、像素窗口左上角坐標(biāo)為基地址，分別讀取第K幀、第K+1幀圖像在各層中所需的像素窗口，隱式的創(chuàng)建圖像金字塔，通過采用預(yù)讀取像素窗口的方式實現(xiàn)圖像金字塔的多層讀取。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法，其特征在于，步驟S3中，最大像素窗口的尺寸L_k為：

L_k＝max(L_i,L_d)

其中，L_i,L_d分別為8×8和10×10的尺寸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法，其特征在于，步驟S3中，對相應(yīng)的特征點進(jìn)行KLT特征驗證具體為：

對梯度窗口加和得到像素點的特征提取矩陣G，根據(jù)特征提取矩陣G的特征值λ與給定閾值λ_t進(jìn)行比較，如果λλ_t，特征點滿足要求，設(shè)置輸出狀態(tài)屬性status為1，否則設(shè)置為0。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于FPGA的圖像金字塔光流值計算方法，其特征在于，特征提取矩陣G及特征值判定方程f(λ)具體為：

其中，a，b，c分別為圖像在以特征點為中心的7×7領(lǐng)域內(nèi)的像素窗口中水平方向梯度的平方和，圖像在以特征點為中心的7×7領(lǐng)域內(nèi)的像素窗口中水平方向梯度與垂直方向梯度乘積的加和，圖像在以特征點為中心的7×7領(lǐng)域內(nèi)的像素窗口中垂直方向梯度的平方和，I_x為圖像在特征點水平方向的梯度，I_y為圖像在特征點垂直方向的梯度。