[发明专利]一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法

说明书

本发明提供了一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，涉及FPGA硬件加速和数字图像处理技术领域。首先对图片进行二值化并使用Sobel边缘检测算法提取图片的轮廓；接着用霍夫变换提取圆的轮廓，得到圆轮廓内部像素点坐标对；然后将霍夫变换后的图片进行转置，生成两路信息，分别传入FIFO，利用改进的快速锁定中心算法分别得到圆的行对称轴和列对称轴，结合投票机制得到准确的圆的行列对称轴；最后将行对称轴和列对称轴进行交叉组合得到疑似圆心坐标对，并将疑似圆心坐标对与之前得到的轮廓内部像素点坐标进行匹配得到准确的圆心坐标对。本发明充分利用可编程逻辑器件的优势，提高了算法的速率，具有良好的精度。

技术领域

本发明涉及一种基于ZYNQ快速实现圆心检测方法，属于FPGA硬件加速以及数字图像处理技术领域。

背景技术

图像处理技术应用于道路交通、采矿分离、医疗影像等诸多领域。在视频图像中快速地检测出圆形并得到圆心的坐标是目标跟踪、目标分类和行为理解等更高层次视频图像分析的重要基础。比如在医学放疗摆位中，精准的找到摆位小球的中心坐标，反馈坐标给医疗器械进行穿刺放疗，解放了医生双手，极大提高了穿刺位置精度。

各行各业对圆心检测的精度要求、速率要求各有不同，原有的通过CPU进行图形处理以获取圆心坐标的方式，遇到复杂对象时，无论是在内存消耗，还是在处理速度上都存在不足。为了能够稳定的获取圆心坐标，提高检测速率，采用FPGA进行加速，利用硬件模块来替代软件算法以充分利用硬件所固有的快速特性。本发明使用的处理器为Xilinx推出的ZYNQ 7020系列，其内部由ARM处理器与FPGA运算单元共同构成。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于ZYNQ快速实现圆心检测的方法，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将图片信息发送至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，得到精确的圆的坐标信息；

步骤五、接收反馈信息，并通过串口打印。

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。

所述步骤二是将要处理的图片预存在SD卡上，再从SD卡上将图片信息提取至内存。得得到此图片信息通过VDMA发送到PL一侧进行后续的硬件加速处理。

所述步骤三是先对发送到PL侧的图片信息二值化，再用Sobel算子边缘检测提取轮廓信息。

所述步骤四中快速锁定中心算法，为一种改进的FIFO遍历卷积方法，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；