一种用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理技术领域，更具体地，涉及一种用于红外图像处理的可配置 多功能数据路径结构。
【背景技术】
[0002] 现有的空域滤波类操作都是基于模板或窗口的图像处理操作，因此，该类操作也 可W被称为基于窗口的处理操作。该类操作广泛应用于红外自动目标识别系统的中低层处 理算法中，例如中值、均值和高斯滤波，用于特征匹配的相关性估计、用于提取背景的图像 差分等操作都可W用基于窗口的处理操作来描述。基于窗口的处理操作可用如下计算模型 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)表示输入的两个图像操作数；s表示标量结果；Fk表示缩 减函数；Fs表示标量函数;M(x，y)表示一个图像结果（矩阵）。
[0006] 该样，基于窗口的处理操作只需要指定H个参量：
[0007] 窗口模板：模板大小与从输入图像中提取出的窗口大小一致；
[000引缩减函数咕应用于从输入图像中提取出的窗口，将生成的中间结果窗口缩减到 一个输出结果；
[0009] 标量函数Fs;作用于每个像素的基本的灰度值。标量函数F S通常是一组算术逻辑 操作，可W采用一个算术逻辑部件进行执行。即在两个图像之间或一个给定图像上，重复地 执行专口的计算，例如加法、乘法、取绝对值或最大（小）值。
[0010] 虽然空域滤波类操作的数学表达式很简单，但是其实现过程具有巨大的运算量和 存储器访问量，对W执行串行指令方式工作的处理器造成很大的计算负荷。W其中最常见 的二维卷积运算为例，W大小为7X7的窗口模板与一个512X512的图像进行卷积运算，大 约需要2千5百万次的算数运算和1千万次对原始图像数据的访问。若要对30峽/砂的 图像序列进行实时处理，该二维卷积运算要求处理器计算能力超过每砂1G次操作。该种计 算量使得当前普遍使用处理器运行软件进行计算的方式遇到了速度瓶颈。同时，现有的红 外图像预处理应用往往只针对单一某种算法，缺少对不同算法的硬件复用解决方案。
【发明内容】
[0011] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于红外图像处理的可配 置多功能数据路径结构，采用专用硬件电路实现窗口操作，满足高性能红外自动目标识别 算法对于实时性的需求。本发明对广泛应用于图像信息处理中的空域滤波类操作的计算模 型进行了分析，可对红外图像进行线性和非线性滤波，形态学滤波、分割等预处理操作。在 此基础上，实现了一种可配置的基于该类操作的化SI架构，该架构极大地实现片上运算电 路的可配置性，能够进行不同的标量函数和缩减函数运算，能够支持常见图像处理应用中 的不同窗口运算操作，从SoC(System on化ip,片上系统）角度考虑能够更好地满足不同 的图像处理应用。
[0012] 本发明提供一种用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构，包括；控制参 数寄存器、中也控制逻辑、模板参数寄存器组、总线接口、差分运算单元、延迟线组、像素选 择阵列、标量函数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元W及阔值分割单元，其中：
[0013] 所述控制参数寄存器组，用于存储控制工作方式的参数值；
[0014] 所述中也控制逻辑，用于控制所述数据路径结构中各模块，使其按照配置的方式 进行图像处理操作；
[0015] 所述模板参数寄存器组，用于存储窗口运算所用的模板参数值，并将存储的参数 传输到所述标量函数运算单元和所述缩减函数运算单元进行运算；
[0016] 所述总线接口，用于和外部通过总线交互控制信息；
[0017] 所述差分运算单元，用于对输入数据A和输入数据B进行差分运算，其中，所述输 入数据A为实时被处理的图像数据，所述输入数据B为用于差分运算的参考图像数据；
[0018] 所述延迟线组，用于对图像数据进行缓存，为窗口运算做准备；
[0019] 所述像素选择阵列，用于完成图像边缘镜像操作和窗口运算的像素选择操作，并 将选择出的像素数据送入所述标量函数运算单元；
[0020] 所述标量函数运算单元，用于预处理运算中的标量函数运算步骤；
[0021] 所述缩减函数运算单元，用于预处理运算中的缩减函数运算步骤；
[0022] 所述输出生成单元，用于产生特定格式的输出数据；
[0023] 所述阔值分割单元，用于接收所述输出生成单元的结果，并在所述中也控制逻辑 的控制下生成二值输出数据。
[0024] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，具有W下有益效 果：
[0025] (1)本发明由于使用了流水线的数据处理方式，数据处理速度大大增加，数据吞吐 率得到很大改善；
[0026] (2)本发明在数据路径结构中实现最大程度的硬件资源的复用，可配置的特性使 得用最少资源增加了硬件的灵活性和应用范围，同时应用流水线的结构使得数据路径的计 算能力大大提升。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构的结构框图；
[0028] 图2为本发明差分运算单元的结构示意图；
[0029] 图3为本发明图像边缘镜像的示意图；
[0030] 图4为本发明边缘镜像实现的硬件结构示意图；
[0031] 图5为本发明窗口中也像素处于第一行时的行镜像示意图；
[0032] 图6为本发明窗口中也像素处于第一列时的列镜像示意图；
[0033] 图7为本发明标量函数运算单元的具体结构示意图；
[0034] 图8为本发明缩减函数运算单元的示意图；
[00巧]图9为本发明缩减函数运算单元的内部结构图；
[0036] 图10为本发明每行5个元素求最大/最小和中值的单个排序网络的结构示意图；
[0037] 图11为本发明5X5窗口 25个元素求最大/最小和中值的排序网络的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0039] 图1所示为本发明用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构的整体结构 框图，其整个结构可分为两大部分；控制逻辑和数据处理逻辑。其中，控制逻辑用于存储工 作参数和控制数据路径结构的工作模式和工作过程，并通过总线接口与外部进行交互。数 据处理逻辑，用于图像预处理的计算。
[0040] 如图1所示，控制逻辑包括；控制参数寄存器组、中也控制逻辑模板、参数寄存器 组W及总线接口。
[0041] 其中，控制参数寄存器组，用于存储控制工作方式的参数值，包括工作方式寄存 器，用于存储当前工作方式；变换参数寄存器和最大最小值参数寄存器，用于存储卷积运算 线性变换参数；阔值寄存器，用于存储阔值分割的所用阔值；像素个数寄存器，用于存储当 前处理图像的像素个数。控制参数寄存器组可由外部通过总线接口进行读写，其内各寄存 器组的值输出到中也控制逻辑用于辅助控制数据处理；
[0042] 中也控制逻辑，用于控制数据路径结构中各模块，使其按照配置的方式进行特定 的图像处理操作，中也控制逻辑的控制信号可控制数据处理逻辑的像素选择阵列、标量函 数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元和阔值分割单元，同时也通过总线接口接收 到的输入数据和控制参数寄存器组的值改变控制模式；
[0043] 模板参数寄存器组，用于存储窗口运算所用的模板参数值，在本发明实施例中，寄 存器组由7X7(理论上可W选择n为大于等于3的奇数，例如3X3、5X5, n越大则性能 越好，但是硬件资源消耗越多，选择7可W满足算法的精度要求并且将硬件资源消耗保持 在可W承受的范围）个寄存器组成，寄存器组中的模板参数可由外部通过总线接口进行读 写，存储的模板参数可输出到数据处理逻辑的标量函数运算单元用于7X7(能保证精度） 的窗口运算，也可W输出到数据处理逻辑的缩减函数运算单元用于5 X 5 (能保证精度时选 择小窗口减少硬件资源开销）的窗口运算；
[0044] 总线接口，用于和外部通过总线交互控制信息。总线接口包括总线地址端口，读数 据端口，写数据端口。总线接口可W对控制参数寄存器组和模板参数寄存器组进行读写。在 本发明实施例中，外部总线的连接方式遵循wishbone总线协议。
[0045] 如图1所示，数据处理逻辑包括；差分运算单元、延迟线组、像素选择阵列、标量函 数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元W及阔值分割单元。
[0046] 其中，差分运算单元，其被配置用于对输入数据A和输入数据B进行差分运算，在 本发明实施例中，输入