[发明专利]可重构二值运算器、可重构二值图像处理系统及其实现基本形态学算法的方法

权利要求书

1.一种用于二值图像处理的可重构二值运算器，其特征在于：包括第一总线接口、第二总线接口、与第一总线接口连接的输入控制模块、与第一总线接口连接的输出控制模块、将输入控制模块与输出控制模块连接的可重构二值运算模块、与第二总线接口连接的配置寄存器组、及与配置寄存器组连接的运算控制模块，该运算控制模块与可重构二值运算模块连接；其中输入控制模块确定输入二值图像的源；可重构二值运算模块完成二值图像运算；运算控制模块读取配置寄存器组中的配置信息，对可重构二值运算模块进行配置，控制其运算过程和输入、输出，并在运算中或结束时发送中断请求完成与外部系统的交互；输出控制模块选择数据输出通道同时完成计算结果的数据转换；第一总线接口及第二总线接口完成可重构二值运算器与外部的数据交换；

所述可重构二值运算模块包括串并转换单元和若干个串联的二值运算单元，该串并转换单元和所述的若干个串联的二值运算单元串联；

所述若干个串联的二值运算单元各包括第一基本二值运算单元、第二基本二值运算单元、与第一基本二值运算单元连接的第一多路选择器和第三多路选择器、与第二基本二值运算单元连接的第二多路选择器和第四多路选择器、及分别与第一多路选择器、第二多路选择器、第三多路选择器和第三多路选择器连接的集合运算单元；

其中第一基本二值运算单元的输出由第一多路选择器控制输入集合运算单元；第二基本二值运算单元的输出由第二多路选择器控制输入集合运算单元；集合运算单元完成并、交、补、差、求和运算；第三多路选择器和第四多路选择器用于选择二值运算单元的输出；

所述基本二值运算单元包括第一行存、第二行存、与第一行存连接的第五多路选择器、与第二行存连接的第六多路选择器、与第五多路选择器和第六多路选择器连接的若干组二值逻辑运算单元、与若干组二值逻辑运算单元连接的规约运算单元和中值滤波单元；其中第一行存和第二行存用来保存二值图像数据；第五多路选择器和第六多路选择器选择逻辑运算单元的输入；所述若干组二值逻辑运算单元各包括a路寄存器、b路寄存器和二值逻辑运算单元，所述第五多路选择器与每组二值逻辑运算单元的a路寄存器连接形成基本运算单元的a路；所述第六多路选择器与每组二值逻辑运算单元的b路寄存器连接形成基本运算单元的b路，所述二值逻辑运算单元完成逻辑运算，包括直通、与、或、非、与非、或非、异或和同或，其运算结果可以进行规约运算、中值滤波或直通输出；规约运算单元完成包括直通运算、规约与运算、规约与非运算、规约或运算、规约或非运算、规约异或运算、或规约异或非运算；中值滤波单元完成二值图像的中值滤波，通过对输入数据的控制，经过不同的二值逻辑和规约运算，可以同时完成各种bit级数学和图像的逻辑操作。

2.一种根据权利要求1所述的可重构二值运算器构建的可重构二值图像处理系统，其特征在于：包括第一总线、第二总线、连接在第一总线上的第一存储器、连接在第二总线上的CPU、连接在第二总线上的第二存储器、连接第一总线和第二总线的桥接电路、及分别与CPU、第一总线和第二总线连接的可重构二值运算器。

3.如权利要求2所述的可重构二值图像处理系统，其特征在于：所述可重构二值运算模块包括2个串并转换单元和4个串联的二值运算单元，该2个串并转换单元和4个串联的二值运算单元串联。

4.如权利要求2所述的可重构二值图像处理系统，其特征在于：4个二值运算单元的每个所述基本二值运算单元包括32组二值逻辑运算单元。

5.一种根据权利要求2所述的可重构二值图像处理系统在其二值图像处理器上实现基本形态学算法的方法，其特征在于：所述的方法包括：

(1)实现膨胀算法的方法：结构元为n×n时，基本二值运算单元的a路由行存每时钟输入n²个(n×n的图像块)像素的图像数据，基本二值运算单元的b路由配置寄存器组输入n²个结构元数据，两路数据在二值逻辑运算单元中做与运算，得到n²个结果作规约或，结果即为膨胀运算结果；

(2)实现腐蚀算法的方法：结构元为n×n时，基本二值运算单元的a路由行存每时钟输入n²个像素的图像数据，基本二值运算单元的b路由配置寄存器组输入n²个结构元数据，两路数据在二值逻辑运算单元中做或运算，得到n²个结果作规约与，结果即为腐蚀运算结果；

(3)实现开启算法的方法：使用2个二值运算单元，其中第一个二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为A和B，完成腐蚀运算，第三多路选择器选择规约运算输出；第二个二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为第一个二值运算单元的第三多路选择器输出和B，完成膨胀运算，第二个二值运算单元的第三多路选择器选择规约运算输出，结果即为开启运算结果；其中A为图像数据，B为结构元；

(4)实现闭合算法的方法：使用2个二值运算单元，其中第一个二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为A和B，完成膨胀运算，第三多路选择器选择规约运算输出；第二个二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为第一个二值运算单元的第三多路选择器输出和B，完成腐蚀运算，第二个二值运算单元的第三多路选择器选择规约运算输出，结果即为闭合运算结果；其中A为图像数据，B为结构元；

(5)实现击中击不中算法的方法：使用2个二值运算单元，第一个二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为A和B1，完成腐蚀运算，第二基本二值运算单元输入为A，其逻辑单元和规约运算单元都完成直通输出，集合运算单元完成第二多路选择器输入图像的补集运算，第二多路选择器选择规约运算输出，第三多路选择器选择规约运算输出，第四多路选择器选择集合运算输出；第二个二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为该第一基本二值运算单元的第三多路选择器输出，其逻辑和规约运算单元都完成直通输出，第二基本二值运算单元输入为第一基本二值运算单元的第四多路选择器输出和B2，完成腐蚀运算，集合运算单元完成交集运算，第一多路选择器选择规约运算输出，第三多路选择器选择规约运算输出，第三多路选择器选择集合运算输出，结果即为击中击不中运算结果；其中A为图像数据，B1、B2为结构元；

(6)实现噪声滤除算法的方法：使用4个二值运算单元，第一二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为A和B，完成腐蚀运算，第三多路选择器选择规约运算输出；第二二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为第一二值运算单元的第三多路选择器输出和B，完成膨胀运算，第二二值运算单元的第三多路选择器选择规约运算输出；第三二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为第二二值运算单元的第三多路选择器输出和B，完成膨胀运算，第三二值运算单元MUX3选择规约运算输出；第四二值运算单元中：第一基本二值运算单元输入为第三二值运算单元的第三多路选择器输出和B，完成腐蚀运算；第四二值运算单元的第三多路选择器选择规约运算输出，结果即为噪声滤除运算结果；其中A为图像数据，B为结构元；

(7)实现边界提取算法的方法：使用1个二值运算单元，第一基本二值运算单元输入为A，其逻辑运算单元和规约运算单元完成直通输出，第二基本二值运算单元输入为A和B，完成腐蚀运算，第一多路选择器选择规约运算输出，第二多路选择器选择规约运算输出，集合运算单元完成差运算，第三多路选择器选择集合运算输出，即为边界提取运算结果；其中A为图像数据，B为结构元。