[发明专利]一种基于FPGA的灰度及二值图像膨胀腐蚀处理方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的灰度及二值图像膨胀腐蚀处理方法，该方法包括下列顺序的步骤：设定膨胀或腐蚀，确定计算方式；根据结构元素窗口宽度进行左右边界像素复制；根据膨胀腐蚀算法对复制左右边界像素后的数据进行行内计算；使用FPGA的RAM实现一个移位寄存器缓存行内计算结果；当缓存行内计算结果达到一个结构元素窗口高度时，同时读取缓存RAM中的数据，并再次根据膨胀腐蚀算法对缓存数据行间计算后输出。本发明通过左右边界复制，膨胀和腐蚀后图像宽度与原始图像宽度一致；本发明通过行缓存和流水线，有效减少结构元素窗口覆盖的目标元素的访问次数，实现膨胀和腐蚀的加速计算。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是一种基于FPGA的灰度及二值图像膨胀腐蚀处理方法。

背景技术

基于集合理论，数学形态学定义了一组基于结构元素集合的变换，它通过目标元素和结构元素变换计算，得到物体的形态，从而达到图像分析和识别的目的。

膨胀和腐蚀是数学形态学中的基本变换，分别定义为结构元素与目标元素的并集和交集。对于二值图像，即像素取值为0和1的图像，膨胀和腐蚀分别对应结构元素覆盖目标元素的或运算和与运算；对于灰度图像，即像素取值为有限非负整数，膨胀和腐蚀分别对应结构元素覆盖目标元素的灰度值的最大值和最小值。在现有技术中，膨胀和腐蚀需多次读取结构元素覆盖的目标元素，性能受限于内存带宽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现图像膨胀和腐蚀的加速计算的基于FPGA的灰度及二值图像膨胀腐蚀处理方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于FPGA的灰度及二值图像膨胀腐蚀处理方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（a）设定膨胀或腐蚀，确定计算方式；

（b）根据结构元素窗口宽度进行左右边界像素复制；

（c）根据膨胀腐蚀算法对复制左右边界像素后的数据进行行内计算；

（d）使用FPGA的RAM实现一个移位寄存器缓存行内计算结果；

（e）当缓存行内计算结果达到一个结构元素窗口高度时，同时读取缓存RAM中的数据，并再次根据膨胀腐蚀算法对缓存数据行间计算后输出。

在所述步骤（b）中，结构元素窗口大小为W×W的正方形，其中W为奇数；通过移位寄存器缓存完成左右边界像素复制，复制边界像素的个数等于(W - 1)/2。

在所述步骤（d）中，使用FPGA的RAM为双端口RAM，读写冲突时读优先，并配置移位寄存器作为数据缓存；使用FPGA的RAM的例化个数与结构元素行数W相同，且各RAM容量为输入图像的一行数据量。

由上述技术方案可知，本发明通过左右边界复制，膨胀和腐蚀后图像宽度与原始图像宽度一致；本发明通过行缓存和流水线，有效减少结构元素窗口覆盖的目标元素的访问次数，实现膨胀和腐蚀的加速计算。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的实现框图；

图3是本发明的输入图像示意图；

图4是本发明的灰度图像边界复制示意图；

图5是本发明的灰度图像行内计算示意图；

图6是本发明的基于RAM的行缓存示意图；

图7是本发明的灰度图像行间计算示意图；

图8是本发明的二值图像边界复制示意图；

图9是本发明的二值图像行内计算示意图；

图10是本发明的二值图像行间计算示意图。

具体实施方式