[发明专利]一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法

权利要求书

1.一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、初始化ARM处理器和VDMA；

步骤二、将图片数据从SD卡提取至内存，然后通过VDMA发送至PL一侧；

步骤三、例化边缘检测IP，先对图片进行二值化，再通过边缘检测得到图片的边缘信息；

步骤四、例化快速锁定中心算法IP，使用霍夫变换，提取圆的轮廓信息过滤非圆的轮廓信息，然后以此轮廓图片数据计算获取疑似坐标对，并与轮廓内部像素点的坐标进行匹配，得到精确的圆心坐标信息；

步骤五、接收反馈信息，并通过串口打印。

2.根据权利要求书1所述的一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，其特征在于，所述步骤一是基于裸机的初始化，从硬件平台获取定义好的硬件驱动地址信息和定义图像所在内存地址空间，并设置VDMA的帧值。

3.根据权利要求书1所述的一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，其特征在于，所述步骤二是将图片信息预存在SD卡上，并由SD卡将图片信息提取至内存。通过VDMA将图片从PS一侧发送到PL一侧进行后续的硬件加速处理。

4.根据权利要求书1所述的一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，其特征在于，所述步骤三为使用Vivado HLS生成的边缘检测功能IP，其内部实现分为两步骤，包括：

步骤一、将输入的图片信息进行二值化处理，得到二值图；

步骤二、经由Sobel算子边缘检测，得到图像的边缘信息。

5.根据权利要求书1所述的一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，其特征在于，所述步骤四为RTL形式封装一个快速锁定中心算法功能IP，其内部实现分为三步骤，包括：

步骤一、经由霍夫变换提取圆的特征信息，过滤不是圆的轮廓信息，同时获取圆轮廓内部像素点的坐标对。此时图片中属于圆的轮廓的像素点值为1，不是的区域对应的像素点值为0；

步骤二、对霍夫变换后的图片进行转置，生成两路图片信息，一路为霍夫变换后的原图信息，一路为霍夫变换后原图的转置图信息；

步骤三、应用快速锁定中心算法，得到所有的疑似中心坐标对，并将此坐标对和缓存的轮廓内部坐标进行匹配，过滤虚假中心坐标对，得到精确的圆心坐标对。

6.根据权利要求书5所述的快速锁定中心算法功能IP，为一种改进的FIFO遍历卷积方法，其特征在于，所述步骤三的算法具体实现是将33个同步FIFO进行级联，首个FIFO的输入来自图片的数据流，当数据流动起来，除了尾个FIFO，其余FIFO的输出既要做后续的卷积运算，也要作为下一级FIFO的输入。每个FIFO当存满一行图片像素点个数的值后进行输出，同时打标签纪录此时FIFO的输出属于图片中的哪一行。其次将第一个FIFO的输出值与余下32个FIFO的输出值分别进行卷积运算，按行对卷积结果进行累加求和，如下式所示：

式中，i表示的是第几个FIFO，j表示的是该FIFO所对应图片行数的第几个像素点，A_ij表示的是第i个FIFO所对应图片行数的第j个像素点的值，图像的行像素点数决定了系数n的大小，sum_i表示的是第一个FIFO所对应行与第i个FIFO所对应行卷积累加求和的结果。

如果卷积结果为非零值，则记录两个FIFO所对应的行数，由圆所具有的对称性得到圆行对称轴所在的行数，同时纪录得到行数的次数，当行信息进FIFO遍历运算结束后，根据所纪录的行数的次数进行投票，当次数大于10时，即认为该行是图片中某一个圆的行对称轴。

对于原图：此时的行对称轴的行数是圆的圆心行坐标；对于转置图：此时的行对称轴的行数是圆的圆心列坐标。最后将所得到的多个行坐标与列坐标进行交叉组合，得到所有疑似圆心坐标对，再将疑似坐标对与原图的轮廓内部像素点坐标进行匹配得到准确的圆心坐标。

7.根据权利要求书1所述的一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，其特征在于，所述步骤五是当PL一侧处理计算出圆心坐标与数量时，通知PS侧，接收反馈信息，PS侧提取信息并通过串口打印。