一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊緣檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及圖像處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于FPGA和Sobel算子的圖 像邊沿檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像處理有時(shí)需要根據(jù)圖像的亮度變化對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)處理，邊緣檢測(cè)是圖 像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的基本問(wèn)題，邊緣檢測(cè)的目的是標(biāo)識(shí)數(shù)字圖像中亮度變化明顯的 點(diǎn)，邊緣檢測(cè)是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，尤其是特征提取中的一個(gè)研究領(lǐng)域。它是采用某 種算法來(lái)提取圖像中對(duì)象與背景的交界線。目前邊緣檢測(cè)大都使用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，成本高、 價(jià)格昂貴，采用普通處理器的處理裝置時(shí)在處理速度和靈敏度方面又達(dá)不到要求，而且外 電路的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，效果往往不理想。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型目的是提供一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測(cè)裝置，以解決 目前計(jì)算機(jī)處理成本太高，普通處理器的處理裝置時(shí)在處理速度和靈敏度方面達(dá)不到要 求，外電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效果不理想的問(wèn)題，本裝置以FPGA為控制核心，以0V7670CM0S攝像 頭為圖像采集模塊，以最高30幀/秒對(duì)圖像進(jìn)行采集，采用Sobel算子作為核心算法，同時(shí)， 可以通過(guò)TFT顯示屏和VGA輸出兩種方式對(duì)處理后的圖像進(jìn)行輸出。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于 FPGA和Sobe 1算子的圖像邊沿檢測(cè)裝置，包括:主控模塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模 塊、VGA模塊；主控模塊包括FPGA芯片；圖像采集模塊采用0V7670攝像頭；SDRAM模塊采用 hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7寸TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模 塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140。圖像采集模塊與FPGA主控模塊是電氣連接； TFT顯示屏與FPGA主控模塊通過(guò)40PIN軟排線進(jìn)行電氣連接;SDRAM模塊與FPGA主控模塊是 電氣連接;VGA模塊與FPGA主控模塊是電氣連接。
[0005] 所述FPGA芯片負(fù)責(zé)接收0V7670攝像頭接收到的圖像信息，通過(guò)Sobel算子邊緣算 法完成圖像的邊緣處理運(yùn)算，計(jì)算和控制信號(hào)輸出，通過(guò)Quartus II的sopc Builder建立 系統(tǒng)的軟核，將部分外設(shè)和處理器集成到FPGA芯片內(nèi)部，從而簡(jiǎn)化了外部電路，提高了系統(tǒng) 的集成度和效率。
[0006] 所述0V7670攝像頭用于進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像信息采集，將圖像信息處理成數(shù)字信號(hào)后 傳輸給FPGA芯片，0V7670為CMOS型攝像頭，感光陣列為640*480,電源核電壓為1.8VDV土 10%，10電壓為1.7-3.0￥，工作時(shí)的功耗為601111/15€口8￥64￥1^ ;休眠時(shí)小于201^，穩(wěn)定工作 溫度應(yīng)為〇°C_50°C，輸出格式為YUV/YCbCr4: 2 : 2、RGB565/555/444、GRB4: 2 : 2、RawRGB Data，最大幀率為30f ps，信噪比為46dB。
[0007] 所述H57V2562GTR芯片用來(lái)作為圖像信息的大容量緩存器，工作電壓3V-3.6V，工 作溫度-55°C_125°C，接口位寬為并聯(lián)16bit，最高速度為133MHz，存儲(chǔ)介質(zhì)類(lèi)別(4Mbit X 4banks x 16)1/0,存儲(chǔ)密度為256M。
[0008] 所述AT070TN83液晶顯示屏負(fù)責(zé)顯示經(jīng)過(guò)Sobel算子邊緣處理后的圖像， AT070TN83是7寸的TFT型液晶顯示屏，掃描頻率為60Hz，分辨率為800x480,像素密度 133PPI，供電電壓3.3V，輸入電流250mA，信號(hào)接口腳數(shù)為40pins。
[0009] 所述VGA模塊負(fù)責(zé)與帶有VGA輸入接口的顯示器和顯示設(shè)備進(jìn)行連接，將經(jīng)過(guò) Sobel算子邊緣處理后的圖像信息輸出到設(shè)備上進(jìn)行顯示，ADV7123-KST140是一個(gè)三高速 的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器單芯片，具有三個(gè)獨(dú)立的10位寬度的輸入端口。
[0010]本實(shí)用新型通過(guò)0V7670CM0S攝像頭對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將圖像信息經(jīng)過(guò)芯片 進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，輸送給FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)了圖像處理相應(yīng)的程序， FPGA對(duì)數(shù)字圖像信息進(jìn)行中值濾波處理，之后再完成使用Sobel算子的圖像邊緣檢測(cè)算法。 Sobel算子是目前機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的一種極為重要的算法，主要用來(lái)獲得數(shù)字圖像的一階梯 度，常見(jiàn)的應(yīng)用和物理意義是邊緣檢測(cè)。在技術(shù)上，它是一個(gè)離散的一階差分算子，用來(lái)計(jì) 算圖像亮度函數(shù)的一階梯度之近似值。在圖像的任何一點(diǎn)使用此算子，將會(huì)產(chǎn)生該點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的梯度矢量或是其法矢量。該算子包含兩組3x3的矩陣，分別為橫向及縱向，將之與圖像作 平面卷積，即可分別得出橫向及縱向的亮度差分近似值。當(dāng)以A代表原始圖像，Gx及Gy分別 代表經(jīng)縱向及橫向邊緣檢測(cè)的圖像，其公式如下：
[0012]圖像的每一個(gè)像素的橫向及縱向梯度近似值可用以下的公式結(jié)合，來(lái)計(jì)算梯度的 大小。
[0014] 經(jīng)過(guò)Sobel算子邊緣檢測(cè)算法處理后的圖像信息輸出到7寸TFT液晶屏幕上進(jìn)行顯 示，另外還可以通過(guò)VGA接口連接到帶有VGA輸入口的顯示裝置進(jìn)行顯示，我們就可以在TFT 液晶屏或者外接顯示器上觀測(cè)到邊沿檢測(cè)到的圖像。
[0015] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)圖像精確快速高效的邊緣檢測(cè)，整個(gè)設(shè)備體積 小巧，成本低廉，檢測(cè)精度高，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不易發(fā)生故障;可 以同時(shí)提供TFT液晶屏和外接顯示器兩種方法進(jìn)行圖像顯示，較為靈活方便，本套裝置的優(yōu) 點(diǎn)主要體現(xiàn)在實(shí)時(shí)性方面，克服了通用計(jì)算機(jī)和DSP數(shù)字信號(hào)處理器在實(shí)時(shí)性方面的不足， 利用FPGA的并行處理和流水線技術(shù)，使系統(tǒng)的邊緣檢測(cè)處理速度大幅度提升。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0018] 結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測(cè)裝置，包括：主控模 塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模塊、VGA模塊;主控模塊包括FPGA芯片；圖像采集模塊采 用0V7670攝像頭;SDRAM模塊采用hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7寸 TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140。圖像采集模 塊與FPGA主控模塊是電氣連接;TFT顯示屏與FPGA主控模塊通過(guò)40PIN軟排線進(jìn)行電氣連 接;SDRAM模塊與FPGA主控模塊是電氣連接;VGA模塊與FPGA主控模塊是電氣連接。本實(shí)用新 型通過(guò)0V7670CM0S攝像頭對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將圖像信息經(jīng)過(guò)芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換變成數(shù) 字信號(hào)，輸送給FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)了圖像處理相應(yīng)的程序，F(xiàn)PGA對(duì)數(shù)字圖像信息 進(jìn)行中值濾波處理，之后再完成使用Sobel算子的圖像邊緣檢測(cè)算法。Sobel算子是目前機(jī) 器視覺(jué)領(lǐng)域的一種極為重要的算法，主要用來(lái)獲得數(shù)字圖像的一階梯度，常見(jiàn)的應(yīng)用和物 理意義是邊緣檢測(cè)。在技術(shù)上，它是一個(gè)離散的一階差分算子，用來(lái)計(jì)算圖像亮度函數(shù)的一 階梯度之近似值。在圖像的任何一點(diǎn)使用此算子，將會(huì)產(chǎn)生該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的梯度矢量或是其法 矢量。該算子包含兩組3x3的矩陣，分別為橫向及縱向，將之與圖像作平面卷積，即可分別得 出橫向及縱向的亮度差分近似值。
[0019] 經(jīng)過(guò)Sobel算子邊緣檢測(cè)算法處理后的圖像信息輸出到7寸TFT液晶屏幕上進(jìn)行顯 示，另外還可以通過(guò)VGA接口連接到帶有VGA輸入口的顯示裝置進(jìn)行顯示，我們就可以在TFT 液晶屏或者外接顯示器上觀測(cè)到邊沿檢測(cè)到的圖像。
[0020] 以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方 案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的裝置包括主控 模塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模塊、VGA模塊;主控模塊包括FPGA芯片；圖像采集模塊 采用0V7670攝像頭；SDRAM模塊采用hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR;TFT模塊采用7 寸TFT液晶顯示屏AT070TN83;VGA模塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140;圖像采集 模塊與FPGA主控模塊是電氣連接;TFT顯示屏與FPGA主控模塊通過(guò)40PIN軟排線進(jìn)行電氣連 接;SDRAM模塊與FPGA主控模塊是電氣連接;VGA模塊與FPGA主控模塊是電氣連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA和Sobel算子的圖像邊沿檢測(cè)裝置，包括：主控模塊、圖像采集模塊、SDRAM模塊、TFT模塊、VGA模塊；主控模塊包括FPGA芯片；圖像采集模塊采用OV7670攝像頭；SDRAM模塊采用hynix生產(chǎn)的256M內(nèi)存芯片H57V2562GTR；TFT模塊采用7寸TFT液晶顯示屏AT070TN83；VGA模塊包括140M的DAC轉(zhuǎn)換芯片ADV7123-KST140。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)圖像精確、快速、高效的邊緣檢測(cè)，整個(gè)設(shè)備體積小巧，成本低廉，檢測(cè)精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)；可以同時(shí)提供TFT液晶屏和外接顯示器兩種方法進(jìn)行圖像顯示，靈活方便，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】G06T7/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205230140
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521088757
【發(fā)明人】尹珠, 黃友銳, 尹羽
【申請(qǐng)人】安徽理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日