专利名称：一种实时图像边缘检测电路及其实现方法
技术领域：
本发明涉及实时图像边缘检测的技术领域，特别涉及一种实时图像边缘检测电路及其实现方法。
背景技术：
实时图像边缘检测电路适用于视频运动目标跟踪系统，是视频图像处理所需的核心硬件模块，可精确和快速地实现图像的边缘检测和边缘提取。现有技术中，由于图像边缘检测需要处理的数据量较大，目前普遍采用的软件实现方式已难以满足实时性要求。考虑到边缘检测在图像处理过程中的独立性，图像边缘检测可以并且应该采用硬件电路方式实现，以提高检测效率，满足视频运动目标跟踪系统对实时性的要求。目前，主流的图像边缘检测方法有空域微分算子法、拟合曲面法、小波多尺度边缘检测法和数学形态学边缘检测法等，其中，空域微分算子法最为常用。若将图像定义为二维函数f (X，y)，由于边缘的图像灰度变化剧烈，其函数梯度较大，因此，图像灰度的变化可以采用图像灰度分布的梯度表征。图像f(x，y)的梯度VF定义为
权利要求
1.一种实时图像边缘检测电路，其特征在于，包括3 X 3方形窗生成模块，与所述3 X 3 方形窗生成模块相连接的梯度运算模块；所述3X3方形窗生成模块读取待处理图像的图像数据流，并以每个像素为中心将待处理图像中的每个像素及其邻域的8个像素取出；所述梯度运算模块将3X3方形窗生成模块所取出的像素点数据分别与垂直方向、水平方向、 右对角方向和左对角方向四个方向算子模板中对应位置的系数进行乘积运算，并将四个方向的运算结果进行比较，以最大一个运算结果作为边缘检测值输出。
2.根据权利要求1所述的实时图像边缘检测电路，其特征在于，所述3X3方形窗生成模块设有用于将图像数据流的三行数据在时间上对齐的两个行缓冲器和三个列缓冲器，所述行缓冲器与列缓冲器连接。
3.根据权利要求2所述的实时图像边缘检测电路，其特征在于，所述3X3方形窗生成模块包括第一行缓冲器、第二行缓冲器、第一列缓冲器、第二列缓冲器和第三列缓冲器，第二行缓冲器、第一行缓冲器及第一列缓冲器顺次连接，第二行缓冲器和第二列缓冲器连接； 采用第一行缓冲器和第二行缓冲器对图像数据流的第一行数据进行缓存后再输入第一列缓冲器；采用第二行缓冲器对图像数据流的第二行数据进行缓存后再输入第二列缓冲器； 当图像数据流的第三行数据到来时，同时从第三列缓冲器、第一列缓冲器及第二列缓冲器内读取数据并输出。
4.根据权利要求3所述的实时图像边缘检测电路，其特征在于，所述列缓冲器采用深度为3比特、宽度为8比特的移位寄存器。
5.根据权利要求1所述的实时图像边缘检测电路，其特征在于，所述梯度运算模块包括第一级并行加法器、第二级并行加法器、第一级寄存器、第二级寄存器、第三级寄存器、第一级比较器和第二级比较器，所述第一级并行加法器、第一级寄存器和第二级并行加法器顺序连接，所述第一级比较器、第二级寄存器、第二级比较器和第三级寄存器顺序连接，第二级并行加法器与第一级比较器连接；所述第一级并行加法器设有3个，分别用于将3X3 方形窗生成的模块的三组像素点与四个方向算子模块的三组算子相乘后的结果进行累加； 所述第一级寄存器设有三组，分别用于寄存所述第一级并行加法器的累加结果；所述第二级并行加法器对所述三组第一级寄存器的寄存结果进行累加，并输出四个方向的梯度值； 所述第一级比较器设有2个，第二级并行加法器所输出的四个方向的梯度值输入2个第一级比较器中进行两两比较；所述第二级寄存器设有2组，分别用于寄存2个第一级比较器所输出的比较结果；所述第二级比较器用于比较第二级寄存器的寄存结果，并输出比较结果作为边缘检测值。
6.根据权利要求5所述的实时图像边缘检测电路，其特征在于，所述第一级比较器和第二级比较器是二输入比较器。
7.根据权利要求1所述的实时图像边缘检测电路，其特征在于，所述垂直方向、水平方向、右对角方向和左对角方向四个方向算子模板分别为
8.—种权利要求1所述边缘检测电路的实现方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、分别将垂直方向模板(ix、水平方向模板Gy、右对角方向模板&和左对角方向模板 G1这四个方向的算子模板沿着图像从一个像素点移动到下一个像素点，并将算子模板的中心像素与图像中每一像素点的位置重合；(2)、分别将上述这四个方向的算子模板与3X3方形窗生成的模块生成的9个像素点数据进行乘积，从而得到每一像素点的四个方向梯度值水平方向梯度值、垂直方向梯度值、右对角线方向梯度值和左对角线方向梯度值；(3)、将得到的四个方向梯度值输入第一级比较器进行两两比较，然后将第一级比较器的输出结果再通过第二级寄存器进行寄存；G)、将第二级寄存器寄存的数据通过第二级比较器进行比较，并将得到的结果寄存到第三级寄存器，此值为最大的梯度值，即该每一像素点的边缘检测数值。
9.根据权利要求8所述的边缘检测电路的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤(21)、将3X3方形窗生成模块生成的9个像素按行平均分成三组像素；(22)、将每个方向算子模块中的算子平均分成三组算子；(23)、在每个方向上都将三组像素分别与该方向的三组算子进行乘积运算即在水平方向上将三组像素与水平方向的三组算子进行乘积运算，在垂直方向上将三组像素与垂直方向的三组算子进行乘积运算，在右对角线方向上将三组像素与右对角线方向的三组算子进行乘积运算，在左对角线方向上将三组像素与左对角线方向的三组算子进行乘积运算；(M)、在每个方向上都将每组乘积运算得到的三个数据通过第一级并行加法器进行加法运算，并将加法运算后得到的结果再通过第一级寄存器进行寄存，最后通过第二级并行加法器将三组运算所得到的结果进行加法运算，从而得到该方向的梯度值。
全文摘要
本发明公开了一种实时图像边缘检测电路及其实现方法，电路包括3×3方形窗生成模块和梯度运算模块构成，所述3×3方形窗生成模块用于将待处理图像中的每个中心像素及其领域的九个像素提出，所述梯度运算模块用于将取出的像素点数据与四个方向算子模块中对应位置的系数进行乘积运算。本发明采用并行结构和多级流水线技术，以硬件方式实现实时图像边缘检测电路设计，可明显提高图像边缘检测的速度，满足视频运动目标跟踪系统对图像边缘检测的实时性要求，本发明提出的Sobel图像边缘实时检测优化算法得到的结果图像边缘较为平滑，而且由于边缘两侧元素得到了增强，使边缘显得更为明亮，提高了图像边缘检测的精度。
文档编号G06T7/60GK102289825SQ201110190450
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者于飞, 唐徐立, 杨帆, 赵辰元, 陈伦海, 黄君凯 申请人:暨南大学