[发明专利]一种基于FPGA的降噪边缘检测方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的降噪型边缘检测方法，包括：将待处理图像转化成mif格式文件，并存入FPGA中的单口ROM IP核，利用地址计数将图像数据从ROM中读出；将图像与5×5的高斯拉普拉斯算子进行卷积操作；利用四个方向sobel算子的模板计算7×7阵列中的中心点处的四个方向的最大一阶偏导数；LOG算子卷积值阈值化，找出可疑零交叉点和非零交叉点；对于可疑零交叉点，当其与中心点处梯度法向方向相一致时认为此点为真零交叉点，否则为假零交叉点；对真零交叉点与假零交叉点，分别进行梯度方向上的膨胀与腐蚀操作；对于非零交叉点，进行腐蚀膨胀的开运算，对图像去噪，获得图像的边缘。

技术领域

本发明涉及图像处理和机器视觉技术领域。

背景技术

边缘检测是数字图像处理领域中一个重要的组成部分，传统的边缘检测算子是利用灰度的剧烈变化来检测出图像的边缘，这些方法虽然能够检测出边缘但是对图像当中的噪声却不能很好的滤除反而产生较大的响应。如何提高边缘检测的精度是众多学者一直在研究的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种更为精确的图像边缘检测对即使被噪声污染的图片也能起到精确的边缘检测的效果。并且利用FPGA的并行性和流水线处理的优势，提高系统的实时性和便携性。提供一种基于FPGA的降噪型边缘检测系统。本发明的技术方案如下：

一种基于FPGA的降噪型边缘检测方法，包括下列的步骤：

(1)将待处理图像转化成FPGA可以识别的两个mif格式文件，并存入FPGA中的两个单口ROM IP核，一个mif文件为图片的像素索引值，另一个mif文件为索引值对应的像素值，之后利用地址计数将图像数据从ROM中读出；

(2)将图像与5×5的高斯拉普拉斯算子进行卷积操作，方法如下：从ROM中读出的图像数据利用移位寄存器Shift Register缓存7行，之后将7行数据随着时钟周期存入7×7的寄存器阵列；对于模板中的乘法运算利用Verilog语言中的移位运算符达到乘以2的幂次的效果，之后将模板覆盖的25寄存器相加得到一个卷积值。

(3)利用0°，45°，90°和135°四个方向sobel算子的模板计算7×7阵列中的中心点处的四个方向的最大一阶偏导数；

(4)将步骤(2)得到的LOG算子卷积值阈值化：预设一个正阈值和一个负阈值，在FPGA中分配三个比特的符号位寄存器，卷积值大于正阈值时符号位为“001”，小于负阈值时符号位为“010”，其余的情况符号位为“100”；根据中心点以及相邻点处的LOG卷积值的符号从“001”“010”两种情况中找出可疑零交叉点，“100”的情况为非零交叉点；

(5)对于可疑零交叉点，当其与中心点处梯度法向方向相一致时认为此点为真零交叉点，否则为假零交叉点；

(6)对真零交叉点与假零交叉点，用步骤(3)所述的四个方向的基本体分别进行梯度方向上的膨胀与腐蚀操作；对于非零交叉点，进行腐蚀膨胀的开运算，对图像去噪，获得图像的边缘。

本发明对传统边缘检测算法进行了改进，适用于对被污染的图像进行边缘检测，可以能够提高图像的清晰度，此外利用FPGA的并行处理的优势提高了边缘检测的运行效率，能够在边缘检测的同时对图像中的非边缘点的噪声进行滤除。

附图说明

图1系统总体设计框图；

图2图片存储模块硬件电路图；

图3算法流程图；

图4 LOG算子模板；

图5卷积计算模块硬件电路图；

图6 4个方向的sobel算子模板；

图7中心点处最大梯度仿真图；

图8零交叉点判断仿真图；