專利名稱：一種實時圖像邊緣檢測電路及其實現方法
技術領域：
本發明涉及實時圖像邊緣檢測的技術領域，特別涉及一種實時圖像邊緣檢測電路及其實現方法。
背景技術：
實時圖像邊緣檢測電路適用于視頻運動目標跟蹤系統，是視頻圖像處理所需的核心硬件模塊，可精確和快速地實現圖像的邊緣檢測和邊緣提取。現有技術中，由于圖像邊緣檢測需要處理的數據量較大，目前普遍采用的軟件實現方式已難以滿足實時性要求。考慮到邊緣檢測在圖像處理過程中的獨立性，圖像邊緣檢測可以并且應該采用硬件電路方式實現，以提高檢測效率，滿足視頻運動目標跟蹤系統對實時性的要求。目前，主流的圖像邊緣檢測方法有空域微分算子法、擬合曲面法、小波多尺度邊緣檢測法和數學形態學邊緣檢測法等，其中，空域微分算子法最為常用。若將圖像定義為二維函數f (X，y)，由于邊緣的圖像灰度變化劇烈，其函數梯度較大，因此，圖像灰度的變化可以采用圖像灰度分布的梯度表征。圖像f(x，y)的梯度VF定義為
權利要求
1.一種實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，包括3 X 3方形窗生成模塊，與所述3 X 3 方形窗生成模塊相連接的梯度運算模塊；所述3X3方形窗生成模塊讀取待處理圖像的圖像數據流，并以每個像素為中心將待處理圖像中的每個像素及其鄰域的8個像素取出；所述梯度運算模塊將3X3方形窗生成模塊所取出的像素點數據分別與垂直方向、水平方向、 右對角方向和左對角方向四個方向算子模板中對應位置的系數進行乘積運算，并將四個方向的運算結果進行比較，以最大一個運算結果作為邊緣檢測值輸出。
2.根據權利要求1所述的實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，所述3X3方形窗生成模塊設有用于將圖像數據流的三行數據在時間上對齊的兩個行緩沖器和三個列緩沖器，所述行緩沖器與列緩沖器連接。
3.根據權利要求2所述的實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，所述3X3方形窗生成模塊包括第一行緩沖器、第二行緩沖器、第一列緩沖器、第二列緩沖器和第三列緩沖器，第二行緩沖器、第一行緩沖器及第一列緩沖器順次連接，第二行緩沖器和第二列緩沖器連接； 采用第一行緩沖器和第二行緩沖器對圖像數據流的第一行數據進行緩存后再輸入第一列緩沖器；采用第二行緩沖器對圖像數據流的第二行數據進行緩存后再輸入第二列緩沖器； 當圖像數據流的第三行數據到來時，同時從第三列緩沖器、第一列緩沖器及第二列緩沖器內讀取數據并輸出。
4.根據權利要求3所述的實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，所述列緩沖器采用深度為3比特、寬度為8比特的移位寄存器。
5.根據權利要求1所述的實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，所述梯度運算模塊包括第一級并行加法器、第二級并行加法器、第一級寄存器、第二級寄存器、第三級寄存器、第一級比較器和第二級比較器，所述第一級并行加法器、第一級寄存器和第二級并行加法器順序連接，所述第一級比較器、第二級寄存器、第二級比較器和第三級寄存器順序連接，第二級并行加法器與第一級比較器連接；所述第一級并行加法器設有3個，分別用于將3X3 方形窗生成的模塊的三組像素點與四個方向算子模塊的三組算子相乘后的結果進行累加； 所述第一級寄存器設有三組，分別用于寄存所述第一級并行加法器的累加結果；所述第二級并行加法器對所述三組第一級寄存器的寄存結果進行累加，并輸出四個方向的梯度值； 所述第一級比較器設有2個，第二級并行加法器所輸出的四個方向的梯度值輸入2個第一級比較器中進行兩兩比較；所述第二級寄存器設有2組，分別用于寄存2個第一級比較器所輸出的比較結果；所述第二級比較器用于比較第二級寄存器的寄存結果，并輸出比較結果作為邊緣檢測值。
6.根據權利要求5所述的實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，所述第一級比較器和第二級比較器是二輸入比較器。
7.根據權利要求1所述的實時圖像邊緣檢測電路，其特征在于，所述垂直方向、水平方向、右對角方向和左對角方向四個方向算子模板分別為
8.—種權利要求1所述邊緣檢測電路的實現方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、分別將垂直方向模板(ix、水平方向模板Gy、右對角方向模板&和左對角方向模板 G1這四個方向的算子模板沿著圖像從一個像素點移動到下一個像素點，并將算子模板的中心像素與圖像中每一像素點的位置重合；(2)、分別將上述這四個方向的算子模板與3X3方形窗生成的模塊生成的9個像素點數據進行乘積，從而得到每一像素點的四個方向梯度值水平方向梯度值、垂直方向梯度值、右對角線方向梯度值和左對角線方向梯度值；(3)、將得到的四個方向梯度值輸入第一級比較器進行兩兩比較，然后將第一級比較器的輸出結果再通過第二級寄存器進行寄存；G)、將第二級寄存器寄存的數據通過第二級比較器進行比較，并將得到的結果寄存到第三級寄存器，此值為最大的梯度值，即該每一像素點的邊緣檢測數值。
9.根據權利要求8所述的邊緣檢測電路的實現方法，其特征在于，所述步驟(2)具體包括以下步驟(21)、將3X3方形窗生成模塊生成的9個像素按行平均分成三組像素；(22)、將每個方向算子模塊中的算子平均分成三組算子；(23)、在每個方向上都將三組像素分別與該方向的三組算子進行乘積運算即在水平方向上將三組像素與水平方向的三組算子進行乘積運算，在垂直方向上將三組像素與垂直方向的三組算子進行乘積運算，在右對角線方向上將三組像素與右對角線方向的三組算子進行乘積運算，在左對角線方向上將三組像素與左對角線方向的三組算子進行乘積運算；(M)、在每個方向上都將每組乘積運算得到的三個數據通過第一級并行加法器進行加法運算，并將加法運算后得到的結果再通過第一級寄存器進行寄存，最后通過第二級并行加法器將三組運算所得到的結果進行加法運算，從而得到該方向的梯度值。
全文摘要
本發明公開了一種實時圖像邊緣檢測電路及其實現方法，電路包括3×3方形窗生成模塊和梯度運算模塊構成，所述3×3方形窗生成模塊用于將待處理圖像中的每個中心像素及其領域的九個像素提出，所述梯度運算模塊用于將取出的像素點數據與四個方向算子模塊中對應位置的系數進行乘積運算。本發明采用并行結構和多級流水線技術，以硬件方式實現實時圖像邊緣檢測電路設計，可明顯提高圖像邊緣檢測的速度，滿足視頻運動目標跟蹤系統對圖像邊緣檢測的實時性要求，本發明提出的Sobel圖像邊緣實時檢測優化算法得到的結果圖像邊緣較為平滑，而且由于邊緣兩側元素得到了增強，使邊緣顯得更為明亮，提高了圖像邊緣檢測的精度。
文檔編號G06T7/60GK102289825SQ201110190450
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者于飛, 唐徐立, 楊帆, 趙辰元, 陳倫海, 黃君凱 申請人:暨南大學