[发明专利]基于FPGA的目标尺寸检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的目标尺寸检测系统及方法，系统包括：光学成像模块，用于将待测目标成像在图像传感器上；图像采集与转换模块，用于采集图像传感器输出的bayer图像数据，并转换为RGB图像；图像预处理模块，用于对RGB图像进行滤波去噪、二值化预处理；图像存储与显示模块，用于存储并显示预处理后的图像；目标尺寸测量模快，用于求取待测目标的实际尺寸；时钟分频模块，用于为其他模块提供所需工作时钟；寄存器配置模块，用于配置图像传感器的地址以及其中寄存器地址和数据。本发明实现了图像传感器测量目标尺寸时非接触和实时测量的统一，能够实现有效、实时、高精度测量。本发明系统结构简单，易于实现小型化，且成本低，易于推广使用。

技术领域

本发明属于数字图像处理领域，具体涉及目标尺寸检测领域，特别涉及一种基于FPGA的目标尺寸检测系统及方法。

背景技术

在基于FPGA的目标尺寸在线测量领域中，获得质量好，噪声小的图像是核心，这就对采集图像的图像传感器有较高的要求。国内外多数采用CCD摄像头作为图像传感器，主要是因为其能获得比较高的精度，但其成本较高，一般价格为同精度CMOS传感器的4倍～5倍，CCD高昂的价格也促进了利用CMOS图像传感器实现尺寸测量的发展。1967年，CMOS图像传感器的无源像素结构由美国的Fairchild公司的Weckler首次提出，之后才开始了CMOS传感器的研究之路。近年来，CMOS芯片技术已取得巨大进步，在多方面已超越CCD。CMOS传感器的高速度(帧速率)、高分辨率(像素数)、低功耗以及最新改良的噪声指数、量子效率及色彩观念等各方面优势，决定CMOS在目标尺寸的在线检测领域里占据了一席之地。

在目标尺寸测量算法中，一般是先利用物面到镜头的距离来求取放大倍数，再计算目标物体实际测量尺寸，该方法计算参数多且参数值也存在误差，导致实际测量结果精度不高，且无法实现实时测量，在实际工程中应用不多。

在图像数字信号处理中，有DSP和FPGA两种处理方法。DSP主要是算法处理，内部资源基本都是现成的，故硬件设计一但确定，不易于修改。FPGA内有大量的逻辑门和触发器，多为查找表结构，可以通过硬件描述语言进行快速设计和改进，能够重复编程，使用FPGA来处理图像数据，功能更强大，实现更灵活，数据传输速度高。将FPGA和CMOS图像传感器两者结合进行目标尺寸检测，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现实时、高精度、非接触在线测量目标尺寸的系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于FPGA的目标尺寸检测系统，所述系统包括：光学成像模块、图像采集模块、图像预处理模块、图像存储与显示模块、目标尺寸测量模块、时钟分频模块以及寄存器配置模块；所述时钟分频模块、寄存器配置模块、图像采集模块、图像预处理模块、图像存储与显示模块均由FPGA实现；

所述光学成像模块，包括光学成像镜头、图像传感器，用于将待测目标通过光学成像镜头成像在图像传感器上；

所述图像采集与转换模块，用于采集所述图像传感器输出的bayer图像数据，并将bayer图像数据转换为RGB图像；

所述图像预处理模块，用于对所述RGB图像进行滤波去噪、二值化预处理；

所述图像存储与显示模块，用于存储并显示所述图像预处理模块处理后的图像；

所述目标尺寸测量模快，用于根据所述图像预处理模块处理后的图像求取待测目标的实际尺寸；

所述时钟分频模块，用于为其他模块提供所需工作时钟；

所述寄存器配置模块，用于配置所述图像传感器的地址以及图像传感器中的寄存器地址和数据。

一种基于FPGA的目标尺寸检测方法，所述方法包括以下步骤：