一种基于FPGA和Sobel算子的图像边缘检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及图像处理设备技术领域，具体为一种基于FPGA和Sobel算子的图 像边沿检测装置。
【背景技术】
[0002] 图像处理有时需要根据图像的亮度变化对图像进行边缘检测处理，边缘检测是图 像处理和计算机视觉中的基本问题，边缘检测的目的是标识数字图像中亮度变化明显的 点，边缘检测是图像处理和计算机视觉中，尤其是特征提取中的一个研究领域。它是采用某 种算法来提取图像中对象与背景的交界线。目前边缘检测大都使用计算机来实现，成本高、 价格昂贵，采用普通处理器的处理装置时在处理速度和灵敏度方面又达不到要求，而且外 电路的结构较为复杂，效果往往不理想。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型目的是提供一种基于FPGA和Sobel算子的图像边沿检测装置，以解决 目前计算机处理成本太高，普通处理器的处理装置时在处理速度和灵敏度方面达不到要 求，外电路的结构复杂，效果不理想的问题，本装置以FPGA为控制核心，以0V7670CM0S摄像 头为图像采集模块，以最高30帧/秒对图像进行采集，采用Sobel算子作为核心算法，同时， 可以通过TFT显示屏和VGA输出两种方式对处理后的图像进行输出。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于 FPGA和Sobe 1算子的图像边沿检测装置，包括:主控模块、图像采集模块、SDRAM模块、TFT模 块、VGA模块；主控模块包括FPGA芯片；图像采集模块采用0V7670摄像头；SDRAM模块采用 hynix生产的256M内存芯片H57V2562GTR;TFT模块采用7寸TFT液晶显示屏AT070TN83;VGA模 块包括140M的DAC转换芯片ADV7123-KST140。图像采集模块与FPGA主控模块是电气连接； TFT显示屏与FPGA主控模块通过40PIN软排线进行电气连接;SDRAM模块与FPGA主控模块是 电气连接;VGA模块与FPGA主控模块是电气连接。
[0005] 所述FPGA芯片负责接收0V7670摄像头接收到的图像信息，通过Sobel算子边缘算 法完成图像的边缘处理运算，计算和控制信号输出，通过Quartus II的sopc Builder建立 系统的软核，将部分外设和处理器集成到FPGA芯片内部，从而简化了外部电路，提高了系统 的集成度和效率。
[0006] 所述0V7670摄像头用于进行实时的图像信息采集，将图像信息处理成数字信号后 传输给FPGA芯片，0V7670为CMOS型摄像头，感光阵列为640*480,电源核电压为1.8VDV土 10%，10电压为1.7-3.0￥，工作时的功耗为601111/15€口8￥64￥1^ ;休眠时小于201^，稳定工作 温度应为〇°C_50°C，输出格式为YUV/YCbCr4: 2 : 2、RGB565/555/444、GRB4: 2 : 2、RawRGB Data，最大帧率为30f ps，信噪比为46dB。
[0007] 所述H57V2562GTR芯片用来作为图像信息的大容量缓存器，工作电压3V-3.6V，工 作温度-55°C_125°C，接口位宽为并联16bit，最高速度为133MHz，存储介质类别(4Mbit X 4banks x 16)1/0,存储密度为256M。
[0008] 所述AT070TN83液晶显示屏负责显示经过Sobel算子边缘处理后的图像， AT070TN83是7寸的TFT型液晶显示屏，扫描频率为60Hz，分辨率为800x480,像素密度 133PPI，供电电压3.3V，输入电流250mA，信号接口脚数为40pins。
[0009] 所述VGA模块负责与带有VGA输入接口的显示器和显示设备进行连接，将经过 Sobel算子边缘处理后的图像信息输出到设备上进行显示，ADV7123-KST140是一个三高速 的数字-模拟转换器单芯片，具有三个独立的10位宽度的输入端口。
[0010]本实用新型通过0V7670CM0S摄像头对图像进行实时采集，并将图像信息经过芯片 进行AD转换变成数字信号，输送给FPGA，FPGA内部的Flash存储了图像处理相应的程序， FPGA对数字图像信息进行中值滤波处理，之后再完成使用Sobel算子的图像边缘检测算法。 Sobel算子是目前机器视觉领域的一种极为重要的算法，主要用来获得数字图像的一阶梯 度，常见的应用和物理意义是边缘检测。在技术上，它是一个离散的一阶差分算子，用来计 算图像亮度函数的一阶梯度之近似值。在图像的任何一点使用此算子，将会产生该点对应 的梯度矢量或是其法矢量。该算子包含两组3x3的矩阵，分别为横向及纵向，将之与图像作 平面卷积，即可分别得出横向及纵向的亮度差分近似值。当以A代表原始图像，Gx及Gy分别 代表经纵向及横向边缘检测的图像，其公式如下：
[0012]图像的每一个像素的横向及纵向梯度近似值可用以下的公式结合，来计算梯度的 大小。
[0014] 经过Sobel算子边缘检测算法处理后的图像信息输出到7寸TFT液晶屏幕上进行显 示，另外还可以通过VGA接口连接到带有VGA输入口的显示装置进行显示，我们就可以在TFT 液晶屏或者外接显示器上观测到边沿检测到的图像。
[0015] 本实用新型的优点是:实现对实时图像精确快速高效的边缘检测，整个设备体积 小巧，成本低廉，检测精度高，结构较简单，工作性能稳定，抗干扰能力强，不易发生故障;可 以同时提供TFT液晶屏和外接显示器两种方法进行图像显示，较为灵活方便，本套装置的优 点主要体现在实时性方面，克服了通用计算机和DSP数字信号处理器在实时性方面的不足， 利用FPGA的并行处理和流水线技术，使系统的边缘检测处理速度大幅度提升。
【附图说明】
[0016] 附图1是本实用新型的结构框图；
【具体实施方式】
[0017] 下面根据附图对本实用新型进行详细说明：
[0018] 结构框图如图1所示，基于FPGA和Sobel算子的图像边沿检测装置，包括：主控模 块、图像采集模块、SDRAM模块、TFT模块、VGA模块;主控模块包括FPGA芯片；图像采集模块采 用0V7670摄像头;SDRAM模块采用hynix生产的256M内存芯片H57V2562GTR;TFT模块采用7寸 TFT液晶显示屏AT070TN83;VGA模块包括140M的DAC转换芯片ADV7123-KST140。图像采集模 块与FPGA主控模块是电气连接;TFT显示屏与FPGA主控模块通过40PIN软排线进行电气连 接;SDRAM模块与FPGA主控模块是电气连接;VGA模块与FPGA主控模块是电气连接。本实用新 型通过0V7670CM0S摄像头对图像进行实时采集，并将图像信息经过芯片进行AD转换变成数 字信号，输送给FPGA，FPGA内部的Flash存储了图像处理相应的程序，FPGA对数字图像信息 进行中值滤波处理，之后再完成使用Sobel算子的图像边缘检测算法。Sobel算子是目前机 器视觉领域的一种极为重要的算法，主要用来获得数字图像的一阶梯度，常见的应用和物 理意义是边缘检测。在技术上，它是一个离散的一阶差分算子，用来计算图像亮度函数的一 阶梯度之近似值。在图像的任何一点使用此算子，将会产生该点对应的梯度矢量或是其法 矢量。该算子包含两组3x3的矩阵，分别为横向及纵向，将之与图像作平面卷积，即可分别得 出横向及纵向的亮度差分近似值。
[0019] 经过Sobel算子边缘检测算法处理后的图像信息输出到7寸TFT液晶屏幕上进行显 示，另外还可以通过VGA接口连接到带有VGA输入口的显示装置进行显示，我们就可以在TFT 液晶屏或者外接显示器上观测到边沿检测到的图像。
[0020] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。任何 熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方 案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于FPGA和Sobel算子的图像边沿检测装置，其特征在于:所述的装置包括主控 模块、图像采集模块、SDRAM模块、TFT模块、VGA模块;主控模块包括FPGA芯片；图像采集模块 采用0V7670摄像头；SDRAM模块采用hynix生产的256M内存芯片H57V2562GTR;TFT模块采用7 寸TFT液晶显示屏AT070TN83;VGA模块包括140M的DAC转换芯片ADV7123-KST140;图像采集 模块与FPGA主控模块是电气连接;TFT显示屏与FPGA主控模块通过40PIN软排线进行电气连 接;SDRAM模块与FPGA主控模块是电气连接;VGA模块与FPGA主控模块是电气连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于FPGA和Sobel算子的图像边沿检测装置，包括：主控模块、图像采集模块、SDRAM模块、TFT模块、VGA模块；主控模块包括FPGA芯片；图像采集模块采用OV7670摄像头；SDRAM模块采用hynix生产的256M内存芯片H57V2562GTR；TFT模块采用7寸TFT液晶显示屏AT070TN83；VGA模块包括140M的DAC转换芯片ADV7123-KST140。本实用新型可实现对实时图像精确、快速、高效的边缘检测，整个设备体积小巧，成本低廉，检测精度高，结构简单，性能稳定，抗干扰能力强；可以同时提供TFT液晶屏和外接显示器两种方法进行图像显示，灵活方便，实时性强。
【IPC分类】G06T7/00
【公开号】CN205230140
【申请号】CN201521088757
【发明人】尹珠, 黄友锐, 尹羽
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月22日