用CPLD實(shí)現嵌入式平臺上的實(shí)時(shí)圖像增強

作者：時(shí)間：2010-12-03 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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對于連續圖像P,其局部邊緣可由對應空間梯度的幅值

,取其一階近似ΔPi,j=2Pi,j-Pi,j-Pi-1,j,可得圖像{Pi,j|i=1,2,...,n;j=1,2,...,m}在(i,j)的邊緣信息

如果不計Pi,j的取值范圍,可直接對圖像{Pi,j|i=1,2,...,n;j=1,2,...,m}進(jìn)行修正:

P′i,j=Pi,j+ΔPi,j,

其中,P′i,j表示Pi,j修正后的值顯然,圖像{Pi,j|i=1,2,...,n;j=1,2,...,m}按此規則修正后邊緣值的變化更為強烈,邊緣更為突出,可達到邊緣增強的效果同時(shí),由于在原圖像上疊加了梯度值,使得修正后的圖像的頻譜有一定的擴展但由于沒(méi)有對Pi,j的取值作約束, 這樣處理后的象素值可能會(huì )溢出,例如對于每個(gè)色彩通道為8位的圖像,處理后的數值可能會(huì )大于255或小于0因此,通常要對其進(jìn)行歸一化處理,即:

Pnew=255%26;#215;(P′-P′min)/(P′max-P′min)

但用硬件實(shí)現乘除運算可能會(huì )占用很多資源,上述公式即便以運算實(shí)現都是很不經(jīng)濟的本文采用預拉伸加飽和/截止的方法,在不犧牲頻率特性的基礎上達到減少計算量的目的

考察ΔPi,j與Pi,j的直方圖,分別取得它們的右峰值所對應的橫座標,記為GΔ和G,并找到k,使得kGΔ+G=255,則修正公式變?yōu)镻′ i,j=Pi,j+kΔPi,j其中kΔPi,j可以L(fǎng)UT實(shí)現修正后的P′i,j可在[0,255]上進(jìn)行飽和/截止運算

2 用CPLD實(shí)現實(shí)時(shí)的圖像增強

本文所采用的改進(jìn)圖像增強算法的主要成份是差分累加以及飽和/截止這些運算都是加減法及邏輯運算,都屬于A(yíng)LU的簡(jiǎn)單操作,適合硬件實(shí)現本文采用 CPLD實(shí)現所提出的算法以對具有30fps的1280 1024 RGB圖像計算ΔPi,j為例,每計算一點(diǎn)ΔPi,j需要4次加(減)運算,即總的需要1280 1024 5;3 30 4=471,895,200次加(減)運算如果采用的DSP的速度是100MHz,且假定所有運算都是單周期的,則僅僅該運算就需要4.7s!所以采用 CPLD實(shí)現某些運算是必需的

圖3 圖像增強算法的硬件實(shí)現結構

采用CPLD實(shí)現運算(例如邊緣處理中涉及的求梯度運算),還需解決數據的暫存問(wèn)題本文以一片高速SRAM作為數據緩沖區由于圖像數據的采樣輸入的頻率也很高,需要充分合理地安排好每一次操作的時(shí)序,充分利用已參與運算的數據及中間結果,減少數據進(jìn)出SRAM的次數

2.1 基于E1-DSP的網(wǎng)絡(luò )圖像采集平臺

在分析具體實(shí)現方法前,先簡(jiǎn)要介紹所采用的硬件平臺該平臺主要用于遠程圖像采集和以太網(wǎng)傳輸,其圖像通道結構如圖1所示
OV9620是CMOS的數字圖像傳感器,負責采集連續的數字圖像;中央處理器使用德國HYPERSTONE公司的E1系列RISC DSP,它集DSP和RISC于一身,可以加載OS,方便地實(shí)現任務(wù)調度內存管理等功能,大大提高系統的總體性能;CPLD的基本功能是作為E1總線(xiàn)接口控制模塊,本文還將用它實(shí)現圖像增強運算

2.2 算法的總流程

為了實(shí)現實(shí)時(shí)的讀寫(xiě)和運算,需要由外部電路產(chǎn)生24MHz%26;#215;4的時(shí)鐘EXCLK作為讀寫(xiě)時(shí)鐘,所有時(shí)序都由CMOS時(shí)鐘和EXCLK控制,可以做到完全同步具體流程如圖2所示

(1)在CMOS時(shí)鐘到來(lái)時(shí),從CMOS傳感器的數據輸出口采集Pi,j,并實(shí)現加法運算RESULT=Pi,j+Pi,j,同時(shí)用EXCLK的第0個(gè)時(shí)鐘向SRAM寫(xiě)入P′i,j-1或P′i,m-1 (本行最后一個(gè)數據,下一次操作應換行);

(2)在EXCLK的第1個(gè)時(shí)鐘鎖存RUSELT,由SRAM讀入Pi-1,j,并做減法運算RESULT=RESULT-Pi-1,j;
(3)在EXCLK的第2個(gè)時(shí)鐘鎖存RUSELT,由SRAM讀入Pi,j-1,并做減法運算RESULT=RESULT-Pi,j-1;
(4)在EXCLK的第3個(gè)時(shí)鐘鎖存RUSELT,同時(shí)寫(xiě)入Pi,j

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