一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊緣檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及圖像處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種基于FPGA和Sobel算子的圖 像邊沿檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像處理有時(shí)需要根據(jù)圖像的亮度變化對圖像進(jìn)行邊緣檢測處理,邊緣檢測是圖 像處理和計(jì)算機(jī)視覺中的基本問題,邊緣檢測的目的是標(biāo)識數(shù)字圖像中亮度變化明顯的 點(diǎn),邊緣檢測是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺中,尤其是特征提取中的一個(gè)研究領(lǐng)域。它是采用某 種算法來提取圖像中對象與背景的交界線。目前邊緣檢測大都使用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn),成本高、 價(jià)格昂貴,采用普通處理器的處理裝置時(shí)在處理速度和靈敏度方面又達(dá)不到要求,而且外 電路的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,效果往往不理想。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型目的是提供一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測裝置,以解決 目前計(jì)算機(jī)處理成本太高,普通處理器的處理裝置時(shí)在處理速度和靈敏度方面達(dá)不到要 求,外電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,效果不理想的問題,本裝置以FPGA為控制核心,以0V7670CM0S攝像 頭為圖像采集模塊,以最高30幀/秒對圖像進(jìn)行采集,采用Sobel算子作為核心算法,同時(shí), 可以通過TFT顯示屏和VGA輸出兩種方式對處理后的圖像進(jìn)行輸出。
[0004] 為達(dá)到上述目的,本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于 FPGA和Sobe 1算子的圖像邊沿檢測裝置,包括:主控模塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模 塊、VGA模塊;主控模塊包括FPGA芯片;圖像采集模塊采用0V7670攝像頭;SDRAM模塊采用 hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7寸TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模 塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140。圖像采集模塊與FPGA主控模塊是電氣連接; TFT顯示屏與FPGA主控模塊通過40PIN軟排線進(jìn)行電氣連接;SDRAM模塊與FPGA主控模塊是 電氣連接;VGA模塊與FPGA主控模塊是電氣連接。
[0005] 所述FPGA芯片負(fù)責(zé)接收0V7670攝像頭接收到的圖像信息,通過Sobel算子邊緣算 法完成圖像的邊緣處理運(yùn)算,計(jì)算和控制信號輸出,通過Quartus II的sopc Builder建立 系統(tǒng)的軟核,將部分外設(shè)和處理器集成到FPGA芯片內(nèi)部,從而簡化了外部電路,提高了系統(tǒng) 的集成度和效率。
[0006] 所述0V7670攝像頭用于進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像信息采集,將圖像信息處理成數(shù)字信號后 傳輸給FPGA芯片,0V7670為CMOS型攝像頭,感光陣列為640*480,電源核電壓為1.8VDV土 10%,10電壓為1.7-3.0¥,工作時(shí)的功耗為601111/15€口8¥64¥1^ ;休眠時(shí)小于201^,穩(wěn)定工作 溫度應(yīng)為〇°C_50°C,輸出格式為YUV/YCbCr4: 2 : 2、RGB565/555/444、GRB4: 2 : 2、RawRGB Data,最大幀率為30f ps,信噪比為46dB。
[0007] 所述H57V2562GTR芯片用來作為圖像信息的大容量緩存器,工作電壓3V-3.6V,工 作溫度-55°C_125°C,接口位寬為并聯(lián)16bit,最高速度為133MHz,存儲介質(zhì)類別(4Mbit X 4banks x 16)1/0,存儲密度為256M。
[0008] 所述AT070TN83液晶顯示屏負(fù)責(zé)顯示經(jīng)過Sobel算子邊緣處理后的圖像, AT070TN83是7寸的TFT型液晶顯示屏,掃描頻率為60Hz,分辨率為800x480,像素密度 133PPI,供電電壓3.3V,輸入電流250mA,信號接口腳數(shù)為40pins。
[0009] 所述VGA模塊負(fù)責(zé)與帶有VGA輸入接口的顯示器和顯示設(shè)備進(jìn)行連接,將經(jīng)過 Sobel算子邊緣處理后的圖像信息輸出到設(shè)備上進(jìn)行顯示,ADV7123-KST140是一個(gè)三高速 的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器單芯片,具有三個(gè)獨(dú)立的10位寬度的輸入端口。
[0010]本實(shí)用新型通過0V7670CM0S攝像頭對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并將圖像信息經(jīng)過芯片 進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號,輸送給FPGA,F(xiàn)PGA內(nèi)部的Flash存儲了圖像處理相應(yīng)的程序, FPGA對數(shù)字圖像信息進(jìn)行中值濾波處理,之后再完成使用Sobel算子的圖像邊緣檢測算法。 Sobel算子是目前機(jī)器視覺領(lǐng)域的一種極為重要的算法,主要用來獲得數(shù)字圖像的一階梯 度,常見的應(yīng)用和物理意義是邊緣檢測。在技術(shù)上,它是一個(gè)離散的一階差分算子,用來計(jì) 算圖像亮度函數(shù)的一階梯度之近似值。在圖像的任何一點(diǎn)使用此算子,將會產(chǎn)生該點(diǎn)對應(yīng) 的梯度矢量或是其法矢量。該算子包含兩組3x3的矩陣,分別為橫向及縱向,將之與圖像作 平面卷積,即可分別得出橫向及縱向的亮度差分近似值。當(dāng)以A代表原始圖像,Gx及Gy分別 代表經(jīng)縱向及橫向邊緣檢測的圖像,其公式如下:
[0012]圖像的每一個(gè)像素的橫向及縱向梯度近似值可用以下的公式結(jié)合,來計(jì)算梯度的 大小。
[0014] 經(jīng)過Sobel算子邊緣檢測算法處理后的圖像信息輸出到7寸TFT液晶屏幕上進(jìn)行顯 示,另外還可以通過VGA接口連接到帶有VGA輸入口的顯示裝置進(jìn)行顯示,我們就可以在TFT 液晶屏或者外接顯示器上觀測到邊沿檢測到的圖像。
[0015] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)圖像精確快速高效的邊緣檢測,整個(gè)設(shè)備體積 小巧,成本低廉,檢測精度高,結(jié)構(gòu)較簡單,工作性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),不易發(fā)生故障;可 以同時(shí)提供TFT液晶屏和外接顯示器兩種方法進(jìn)行圖像顯示,較為靈活方便,本套裝置的優(yōu) 點(diǎn)主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)性方面,克服了通用計(jì)算機(jī)和DSP數(shù)字信號處理器在實(shí)時(shí)性方面的不足, 利用FPGA的并行處理和流水線技術(shù),使系統(tǒng)的邊緣檢測處理速度大幅度提升。
【附圖說明】
[0016] 附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖;
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面根據(jù)附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0018] 結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測裝置,包括:主控模 塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模塊、VGA模塊;主控模塊包括FPGA芯片;圖像采集模塊采 用0V7670攝像頭;SDRAM模塊采用hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7寸 TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140。圖像采集模 塊與FPGA主控模塊是電氣連接;TFT顯示屏與FPGA主控模塊通過40PIN軟排線進(jìn)行電氣連 接;SDRAM模塊與FPGA主控模塊是電氣連接;VGA模塊與FPGA主控模塊是電氣連接。本實(shí)用新 型通過0V7670CM0S攝像頭對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并將圖像信息經(jīng)過芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換變成數(shù) 字信號,輸送給FPGA,F(xiàn)PGA內(nèi)部的Flash存儲了圖像處理相應(yīng)的程序,F(xiàn)PGA對數(shù)字圖像信息 進(jìn)行中值濾波處理,之后再完成使用Sobel算子的圖像邊緣檢測算法。Sobel算子是目前機(jī) 器視覺領(lǐng)域的一種極為重要的算法,主要用來獲得數(shù)字圖像的一階梯度,常見的應(yīng)用和物 理意義是邊緣檢測。在技術(shù)上,它是一個(gè)離散的一階差分算子,用來計(jì)算圖像亮度函數(shù)的一 階梯度之近似值。在圖像的任何一點(diǎn)使用此算子,將會產(chǎn)生該點(diǎn)對應(yīng)的梯度矢量或是其法 矢量。該算子包含兩組3x3的矩陣,分別為橫向及縱向,將之與圖像作平面卷積,即可分別得 出橫向及縱向的亮度差分近似值。
[0019] 經(jīng)過Sobel算子邊緣檢測算法處理后的圖像信息輸出到7寸TFT液晶屏幕上進(jìn)行顯 示,另外還可以通過VGA接口連接到帶有VGA輸入口的顯示裝置進(jìn)行顯示,我們就可以在TFT 液晶屏或者外接顯示器上觀測到邊沿檢測到的圖像。
[0020] 以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi),可顯而易見地得到的技術(shù)方 案的簡單變化或等效替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測裝置,其特征在于:所述的裝置包括主控 模塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模塊、VGA模塊;主控模塊包括FPGA芯片;圖像采集模塊 采用0V7670攝像頭;SDRAM模塊采用hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7 寸TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140;圖像采集 模塊與FPGA主控模塊是電氣連接;TFT顯示屏與FPGA主控模塊通過40PIN軟排線進(jìn)行電氣連 接;SDRAM模塊與FPGA主控模塊是電氣連接;VGA模塊與FPGA主控模塊是電氣連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測裝置,包括:主控模塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模塊、VGA模塊;主控模塊包括FPGA芯片;圖像采集模塊采用OV7670攝像頭;SDRAM模塊采用hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7寸TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)圖像精確、快速、高效的邊緣檢測,整個(gè)設(shè)備體積小巧,成本低廉,檢測精度高,結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng);可以同時(shí)提供TFT液晶屏和外接顯示器兩種方法進(jìn)行圖像顯示,靈活方便,實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
【IPC分類】G06T7/00
【公開號】CN205230140
【申請?zhí)枴緾N201521088757
【發(fā)明人】尹珠, 黃友銳, 尹羽
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月22日