一種用于紅外圖像處理的可配置多功能數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于紅外圖像處理的可配置 多功能數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的空域濾波類操作都是基于模板或窗口的圖像處理操作，因此，該類操作也 可W被稱為基于窗口的處理操作。該類操作廣泛應(yīng)用于紅外自動目標(biāo)識別系統(tǒng)的中低層處 理算法中，例如中值、均值和高斯濾波，用于特征匹配的相關(guān)性估計、用于提取背景的圖像 差分等操作都可W用基于窗口的處理操作來描述?；诖翱诘奶幚聿僮骺捎萌缦掠嬎隳Ｐ?表不：
[0003] S = Fk(Fs(A(x, y),B(x, y)))
[0004] M (X，y) = Fs (A (X，y)，B (X，y))
[0005] 其中，A(X，y)和B(x, y)表示輸入的兩個圖像操作數(shù)；s表示標(biāo)量結(jié)果；Fk表示縮 減函數(shù)；Fs表示標(biāo)量函數(shù);M(x，y)表示一個圖像結(jié)果（矩陣）。
[0006] 該樣，基于窗口的處理操作只需要指定H個參量：
[0007] 窗口模板：模板大小與從輸入圖像中提取出的窗口大小一致；
[000引縮減函數(shù)咕應(yīng)用于從輸入圖像中提取出的窗口，將生成的中間結(jié)果窗口縮減到 一個輸出結(jié)果；
[0009] 標(biāo)量函數(shù)Fs;作用于每個像素的基本的灰度值。標(biāo)量函數(shù)F S通常是一組算術(shù)邏輯 操作，可W采用一個算術(shù)邏輯部件進行執(zhí)行。即在兩個圖像之間或一個給定圖像上，重復(fù)地 執(zhí)行?？诘挠嬎悖缂臃ā⒊朔?、取絕對值或最大（?。┲?。
[0010] 雖然空域濾波類操作的數(shù)學(xué)表達式很簡單，但是其實現(xiàn)過程具有巨大的運算量和 存儲器訪問量，對W執(zhí)行串行指令方式工作的處理器造成很大的計算負(fù)荷。W其中最常見 的二維卷積運算為例，W大小為7X7的窗口模板與一個512X512的圖像進行卷積運算，大 約需要2千5百萬次的算數(shù)運算和1千萬次對原始圖像數(shù)據(jù)的訪問。若要對30峽/砂的 圖像序列進行實時處理，該二維卷積運算要求處理器計算能力超過每砂1G次操作。該種計 算量使得當(dāng)前普遍使用處理器運行軟件進行計算的方式遇到了速度瓶頸。同時，現(xiàn)有的紅 外圖像預(yù)處理應(yīng)用往往只針對單一某種算法，缺少對不同算法的硬件復(fù)用解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種用于紅外圖像處理的可配 置多功能數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)，采用專用硬件電路實現(xiàn)窗口操作，滿足高性能紅外自動目標(biāo)識別 算法對于實時性的需求。本發(fā)明對廣泛應(yīng)用于圖像信息處理中的空域濾波類操作的計算模 型進行了分析，可對紅外圖像進行線性和非線性濾波，形態(tài)學(xué)濾波、分割等預(yù)處理操作。在 此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了一種可配置的基于該類操作的化SI架構(gòu)，該架構(gòu)極大地實現(xiàn)片上運算電 路的可配置性，能夠進行不同的標(biāo)量函數(shù)和縮減函數(shù)運算，能夠支持常見圖像處理應(yīng)用中 的不同窗口運算操作，從SoC(System on化ip,片上系統(tǒng)）角度考慮能夠更好地滿足不同 的圖像處理應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明提供一種用于紅外圖像處理的可配置多功能數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)，包括；控制參 數(shù)寄存器、中也控制邏輯、模板參數(shù)寄存器組、總線接口、差分運算單元、延遲線組、像素選 擇陣列、標(biāo)量函數(shù)運算單元、縮減函數(shù)運算單元、輸出生成單元W及闊值分割單元，其中：
[0013] 所述控制參數(shù)寄存器組，用于存儲控制工作方式的參數(shù)值；
[0014] 所述中也控制邏輯，用于控制所述數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)中各模塊，使其按照配置的方式 進行圖像處理操作；
[0015] 所述模板參數(shù)寄存器組，用于存儲窗口運算所用的模板參數(shù)值，并將存儲的參數(shù) 傳輸?shù)剿鰳?biāo)量函數(shù)運算單元和所述縮減函數(shù)運算單元進行運算；
[0016] 所述總線接口，用于和外部通過總線交互控制信息；
[0017] 所述差分運算單元，用于對輸入數(shù)據(jù)A和輸入數(shù)據(jù)B進行差分運算，其中，所述輸 入數(shù)據(jù)A為實時被處理的圖像數(shù)據(jù)，所述輸入數(shù)據(jù)B為用于差分運算的參考圖像數(shù)據(jù)；
[0018] 所述延遲線組，用于對圖像數(shù)據(jù)進行緩存，為窗口運算做準(zhǔn)備；
[0019] 所述像素選擇陣列，用于完成圖像邊緣鏡像操作和窗口運算的像素選擇操作，并 將選擇出的像素數(shù)據(jù)送入所述標(biāo)量函數(shù)運算單元；
[0020] 所述標(biāo)量函數(shù)運算單元，用于預(yù)處理運算中的標(biāo)量函數(shù)運算步驟；
[0021] 所述縮減函數(shù)運算單元，用于預(yù)處理運算中的縮減函數(shù)運算步驟；
[0022] 所述輸出生成單元，用于產(chǎn)生特定格式的輸出數(shù)據(jù)；
[0023] 所述闊值分割單元，用于接收所述輸出生成單元的結(jié)果，并在所述中也控制邏輯 的控制下生成二值輸出數(shù)據(jù)。
[0024] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下有益效 果：
[0025] (1)本發(fā)明由于使用了流水線的數(shù)據(jù)處理方式，數(shù)據(jù)處理速度大大增加，數(shù)據(jù)吞吐 率得到很大改善；
[0026] (2)本發(fā)明在數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)最大程度的硬件資源的復(fù)用，可配置的特性使 得用最少資源增加了硬件的靈活性和應(yīng)用范圍，同時應(yīng)用流水線的結(jié)構(gòu)使得數(shù)據(jù)路徑的計 算能力大大提升。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明用于紅外圖像處理的可配置多功能數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明差分運算單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明圖像邊緣鏡像的示意圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明邊緣鏡像實現(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明窗口中也像素處于第一行時的行鏡像示意圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明窗口中也像素處于第一列時的列鏡像示意圖；
[0033] 圖7為本發(fā)明標(biāo)量函數(shù)運算單元的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖8為本發(fā)明縮減函數(shù)運算單元的示意圖；
[00巧]圖9為本發(fā)明縮減函數(shù)運算單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖10為本發(fā)明每行5個元素求最大/最小和中值的單個排序網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖11為本發(fā)明5X5窗口 25個元素求最大/最小和中值的排序網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實施方式】
[0038] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0039] 圖1所示為本發(fā)明用于紅外圖像處理的可配置多功能數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu) 框圖，其整個結(jié)構(gòu)可分為兩大部分；控制邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯。其中，控制邏輯用于存儲工 作參數(shù)和控制數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)的工作模式和工作過程，并通過總線接口與外部進行交互。數(shù) 據(jù)處理邏輯，用于圖像預(yù)處理的計算。
[0040] 如圖1所示，控制邏輯包括；控制參數(shù)寄存器組、中也控制邏輯模板、參數(shù)寄存器 組W及總線接口。
[0041] 其中，控制參數(shù)寄存器組，用于存儲控制工作方式的參數(shù)值，包括工作方式寄存 器，用于存儲當(dāng)前工作方式；變換參數(shù)寄存器和最大最小值參數(shù)寄存器，用于存儲卷積運算 線性變換參數(shù)；闊值寄存器，用于存儲闊值分割的所用闊值；像素個數(shù)寄存器，用于存儲當(dāng) 前處理圖像的像素個數(shù)?？刂茀?shù)寄存器組可由外部通過總線接口進行讀寫，其內(nèi)各寄存 器組的值輸出到中也控制邏輯用于輔助控制數(shù)據(jù)處理；
[0042] 中也控制邏輯，用于控制數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)中各模塊，使其按照配置的方式進行特定 的圖像處理操作，中也控制邏輯的控制信號可控制數(shù)據(jù)處理邏輯的像素選擇陣列、標(biāo)量函 數(shù)運算單元、縮減函數(shù)運算單元、輸出生成單元和闊值分割單元，同時也通過總線接口接收 到的輸入數(shù)據(jù)和控制參數(shù)寄存器組的值改變控制模式；
[0043] 模板參數(shù)寄存器組，用于存儲窗口運算所用的模板參數(shù)值，在本發(fā)明實施例中，寄 存器組由7X7(理論上可W選擇n為大于等于3的奇數(shù)，例如3X3、5X5, n越大則性能 越好，但是硬件資源消耗越多，選擇7可W滿足算法的精度要求并且將硬件資源消耗保持 在可W承受的范圍）個寄存器組成，寄存器組中的模板參數(shù)可由外部通過總線接口進行讀 寫，存儲的模板參數(shù)可輸出到數(shù)據(jù)處理邏輯的標(biāo)量函數(shù)運算單元用于7X7(能保證精度） 的窗口運算，也可W輸出到數(shù)據(jù)處理邏輯的縮減函數(shù)運算單元用于5 X 5 (能保證精度時選 擇小窗口減少硬件資源開銷）的窗口運算；
[0044] 總線接口，用于和外部通過總線交互控制信息。總線接口包括總線地址端口，讀數(shù) 據(jù)端口，寫數(shù)據(jù)端口?？偩€接口可W對控制參數(shù)寄存器組和模板參數(shù)寄存器組進行讀寫。在 本發(fā)明實施例中，外部總線的連接方式遵循wishbone總線協(xié)議。
[0045] 如圖1所示，數(shù)據(jù)處理邏輯包括；差分運算單元、延遲線組、像素選擇陣列、標(biāo)量函 數(shù)運算單元、縮減函數(shù)運算單元、輸出生成單元W及闊值分割單元。
[0046] 其中，差分運算單元，其被配置用于對輸入數(shù)據(jù)A和輸入數(shù)據(jù)B進行差分運算，在 本發(fā)明實施例中，輸入