基于改进Susan算法的实时边缘检测电路设计

论文摘要

视频图像的边缘检测是智能视频监控芯片设计中的重要组成部分，设计可靠，快速，抗噪能力强的边缘检测电路在工程直用中有着重要意义。本文设计了边缘检测电路的系统架构，整个电路系统由视频解码模块、12c接口、视频采集模块、数据缓冲FIFO、边缘检测模块、存储控制器等功能模块构成。为了提高系统对视频图像的实时处理能力，采用数据流的乒乓操作控制方式，设计总线控制器和图像奇／偶数帧存储器，实现视频采集模块和边缘检测模块按节拍对图像进行采集和处理，完成视频数据流的不间断处理和输出。在系统设计的电路模块中，边缘检测电路模块是电路设计的重点，该模块采用susAN边缘检测算法，并对其进行了改进：首先不采用固定大小模板，而是依据目标点及其相关邻域像素差异性及边缘类型特征，设计了算子模板尺度逐层逼近算法，在不影响边缘提取精度下大大减少算法的运算量；其次，将图像进行分块处理，设计分块图像灰度门限提取方法，使得算法对于不同对比度和噪声情况的图像具有适直性。根据改进后算法设计而成边缘检测模块由窗口生成模块，窗口寄存器组，三级模板尺度逼近模块和灰度阀值提取模块构成。边缘检测的运算窗口大小设计为5*5，为加快窗口数据更新速度，减少数据搬移量，设计列缓冲器，使得窗口数据能在一个时钟更新，列缓冲器一次性将数据搬入运算窗口；三级模块尺度逼近模块根据图像的背景点或边缘点的差异采用不同的模板计算器，在不降低边缘检测效果的前提下减少了整个图像边缘检测算法的计算量。灰度阀值提取模块按照分块计数器对图像分块并对块图像进行灰度阀值提取，采用地址映射法对图像的灰度值进行排序，减少了排序的运算量并降低了电路设计的复杂度。采用vemogHDL语言电路各个模块进行RTL级的硬件描述设计，编写测试平台对上述设计的电路进行仿真验证，在Modelsim仿真软件下的波形分忻证明，该电路设计功能和时序满足要求。在系统采用120M时钟时，设计的电路系统可以对标准PAL制式的视频信号进行实时边缘检测，无断帧漏帧现象，边缘检测定位精度高，抗噪能力较强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文章节安排及内容介绍
• 第二章 系统的总体设计
• 2.1 系统的总体架构设计
• 2.2 系统的工作流程设计
• 2.3 乒乓操作时序设计
• 2.4 SUSAN边缘检测算法改进
• 2.4.1 算子模板尺度逐层逼近
• 2.4.2 灰度差闭值自适应提取方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统设计与实现
• 3.1 12c接口模块设计
• 3.2 视频图像采集模块设计
• 3.3 FIF0模块设计
• 3.4 边缘检测模块设计
• 3.4.1 窗口生成模块
• 3.4.2 窗口寄存器组模块
• 3.4.3 三级模板尺度逼近模块
• 3.4.4 灰度阀值提取模块
• 3.5 本章小结
• 第四章 整体电路的仿真与验证
• 4.1 窗口生成模块验证
• 4.2 窗口寄存器组模块验证
• 4.3 三级模板尺度逼近模块仿真
• 4.4 灰度阀值提取模块仿真
• 4.5 系统整体仿真与分忻
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附件