[发明专利]一种用于高斯金字塔构建的可重构硬件加速方法与系统

权利要求书

1.一种用于高斯金字塔构建的可重构硬件加速方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将原始图像像素数据以行缓冲的形式存储，按列并行输出待卷积的像素值矩阵；

S2.调整待卷积的像素值矩阵的行顺序，使得先写入的像素数据不被覆盖；

S3.使用待卷积的像素值矩阵的中心像素值的坐标信息来选择是否进行边缘填充以及边缘填充的数据；

S4.将待卷积的像素值矩阵中与高斯卷积核中相同权重相乘的像素值先进行相加，得到可以被不同高斯卷积核复用的部分和，基于部分和完成M个不同的尺度系数的高斯卷积运算，形成一组高斯图像，多组高斯图像形成高斯金字塔；

S5.同一组高斯图像中不同尺度系数的高斯图像作差，形成一组高斯差分图像，多组高斯差分图像形成高斯差分金字塔。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中输出的待卷积的像素值矩阵经过一个从慢时钟域到快时钟域的变换，再进入S2。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下步骤：

S41.将待卷积的像素值矩阵中与高斯卷积核中相同权重相乘的像素值先进行相加，得到可以被不同高斯卷积核复用的部分和；

S42.将所述部分和分成多组，采用时分复用，使多组部分和分时完成M个不同尺度系数的高斯卷积，形成一组高斯图像，多组高斯图像形成高斯金字塔。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中当待卷积像素值矩阵的中心像素值位于原始图像中间，不进行边缘填充；当待卷积像素值矩阵的中心像素值处于图像边缘，进行边缘填充，填充方式为零值边缘填充、常数边缘填充或者重复边缘填充。

5.一种用于高斯金字塔构建的可重构硬件加速系统，其特征在于，包括：N组SRAM、N组FIFO、N-N的开关网络、N×N的移位寄存器阵列、高斯卷积运算模块以及高斯差分模块；

N组SRAM，用于在慢时钟域下，将原始图像像素数据以行缓冲的形式存入，按列并行输出待卷积的像素值矩阵；

N组FIFO，用于实现从慢时钟域到快时钟域的变换；

N-N的开关网络，用于在快时钟域下，调整待卷积的像素值矩阵的行顺序，使得先写入的像素数据不被覆盖后按列输出待卷积的像素值矩阵；

N×N的移位寄存器阵列，用于在快时钟域下，缓存待卷积的像素值矩阵以及边缘填充值；

高斯卷积运算模块，用于在快时钟域下，实现可重构高斯金字塔构建；

高斯差分模块，用于在快时钟域下，将所述高斯卷积运算模块输出的同一组高斯图像中不同尺度系数的高斯图像作差分，不同组的高斯差分结果形成高斯差分金字塔。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述高斯卷积运算模块包括加法树模块、多路分配器和H个可重构PE阵列；

加法树模块，用于在快时钟域下，在对SRAM组进行一列像素值读出的时间，即产生一个新的待卷积像素矩阵的时间内，将像素值矩阵中与高斯卷积核中相同权重相乘的像素值进行相加，得到可以被不同高斯卷积核复用的部分和；

多路分配器，用于在快时钟域下，在对SRAM组进行一列像素值读出的时间，即产生一个新的待卷积像素矩阵的时间内，对所述部分和分时分配给可重构PE阵列；

可重构PE阵列，用于在快时钟域下，在对SRAM组进行一列像素值读出的时间，即产生一个新的待卷积像素矩阵的时间内，对被分配的可重构PE阵列进行时分复用，基于部分和完成M个不同的尺度系数对部分和进行高斯卷积运算，形成一组高斯图像，多组高斯图像形成高斯金字塔。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，高斯金字塔的一组高斯图像有M层，高斯卷积运算速度是SRAM读写速度的P倍，可重构PE阵列的个数表示向上取整，被分配的可重构PE阵列的个数≤H。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，N×N移位寄存器阵列还包括多路选择器MUX，用于使用当前待卷积像素值矩阵的中心像素值的坐标信息来选择是否进行边缘填充以及边缘填充的数据。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，当当前待卷积像素值矩阵的中心像素值位于原始图像中间，不进行边缘填充；当当前待卷积像素值矩阵的中心像素值处于图像边缘，进行边缘填充，填充方式包括零值边缘填充、常数边缘填充或者重复边缘填充。