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在FPGA上跑二值图像膨胀算法程序代码

2018年03月14日 18:29 次阅读

1 背景知识

二值图像(Binary Image)是指将图像上的每一个像素只有两种可能的取值或灰度等级状态,人们经常用黑白、B&W、单色图像表示二值图像。二值图像是指在图像中,灰度等级只有两种,也就是说,图像中的任何像素不是0就是1,再无其他过渡的灰度值。
二值图像经常出现在数字图像处理中作为图像掩码或者在图像分割、二值化和dithering的结果中出现。一些输入输出设备,如激光打印机、传真机、单色计算机显示器等都可以处理二值图像。
二值图像经常使用位图格式存储。
二值图像可以解释为二维整数格,图像变形处理领域很大程度上就是受到这个观点启发。
膨胀与腐蚀是形态学滤波的两个基本运算,能实现多种多样的功能,主要功能如下:
(1)消除噪声;
(2)分割出独立的图像元素;
(3)在图像中连接相邻的元素;
(4)寻找图像中明显的极大值和极小值区域;
(5)求出图像的梯度。

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现

图1 具有断裂文字的低分辨率样品文字(见放大的视图)

如图1所示,a为具有断裂文字的低分辨率样品文字(见放大的视图),b为结构元,c为图b对a的膨胀。断裂线段被连接起来了。

2 膨胀算法
在这里我们演示黑色膨胀过程。
 

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现

图2 膨胀演示

在二值图像的膨胀算法过程中我们使用二值图像3x3图像矩阵,由图1可知,当九个格子中只要出现一个‘0’,经过膨胀算法后(x,y)点的值都会是‘0’。

只有(x,y)点以及相邻的八个点都是‘1’f(x,y)的值才是‘1’。这样就完成了二值图像的膨胀。

3 FPGA膨胀算法实现

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现

图3 二值图像膨胀FPGA模块架构

图3中我们使用串口传图传入的是二值图像。
FPGA源码:
  /*
Module name:  binary_image_swell.v
DescripTIon:  binary image swell.
 */
`TImescale 1ns/1ps


module binary_image_swell(
       input             clk,  //pixel clk
input             rst_n,
 
input [15:0]      data_in,
input             data_in_en,
 
output  reg [15:0]    data_out,
output            data_out_en
);
 
wire [15:0] line0;
wire [15:0] line1;
wire [15:0] line2;


reg [15:0] line0_data0;
reg [15:0] line0_data1;
reg [15:0] line0_data2;


reg [15:0] line1_data0;
reg [15:0] line1_data1;
reg [15:0] line1_data2;


reg [15:0] line2_data0;
reg [15:0] line2_data1;
reg [15:0] line2_data2;


reg        data_out_en0;
reg        data_out_en1;
reg        data_out_en2;


line3x3 line3x3_inst(
        .clken(data_in_en),
     .clock(clk),
     .shifTIn(data_in),
     .shiftout(),
     .taps0x(line0),
     .taps1x(line1),
     .taps2x(line2)
  );
//----------------------------------------------------------------------------
// Form an image matrix of three mulTIplied by three
//---------------------------------------------------------------------------
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(!rst_n) begin
    line0_data0 <= 16'b0;
line0_data1 <= 16'b0;
line0_data2 <= 16'b0;
 
line1_data0 <= 16'b0;
line1_data1 <= 16'b0;
line1_data2 <= 16'b0;
 
line2_data0 <= 16'b0;
line2_data1 <= 16'b0;
line2_data2 <= 16'b0;
 
data_out_en0 <= 1'b0;
data_out_en1 <= 1'b0;
data_out_en2 <= 1'b0;
  end
  else if(data_in_en) begin
    line0_data0 <= line0;
line0_data1 <= line0_data0;
line0_data2 <= line0_data1;
 
line1_data0 <= line1;
line1_data1 <= line1_data0;
line1_data2 <= line1_data1;
 
line2_data0 <= line2;
line2_data1 <= line2_data0;
line2_data2 <= line2_data1;


data_out_en0 <= data_in_en;
data_out_en1 <= data_out_en0;
data_out_en2 <= data_out_en1; 
  end
end


always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(!rst_n)
    data_out <= 16'h0000;
  else if(data_out_en1)
    if((line0_data0 == 16'h0000) && (line0_data1 == 16'h0000) && (line0_data2 == 16'h0000) && (line1_data0 == 16'h0000) && (line1_data1 == 16'h0000) && (line1_data2 == 16'h0000) && (line2_data0 == 16'h0000) && (line2_data1 == 16'h0000) && (line2_data2 == 16'h0000))
      data_out <= line1_data1;
    else if((line0_data0 == 16'hffff) && (line0_data1 == 16'hffff) && (line0_data2 == 16'hffff) && (line1_data0 == 16'hffff) && (line1_data1 == 16'hffff) && (line1_data2 == 16'hffff) && (line2_data0 == 16'hffff) && (line2_data1 == 16'hffff) && (line2_data2 == 16'hffff))
      data_out <= line1_data1;
    else 
      data_out <= 16'h0000; 
end
endmodule 


4实验结果

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现

图4 实验原图

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现

图5 实验原图显示结果图

基于FPGA的二值图像的膨胀算法的实现

图6 膨胀后的结果图
 

结果分析:
由图5和图6来看,明显线条被加粗,膨胀算法实现。
至此,有兴趣的同学可以使用FPGA开发板自己来实验一下下面这个过程,已达到自我的理解和贯通。
RGB图像->sobel算子边缘检测->二值图像的腐蚀->二值图像的膨胀。

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随机森林是一种灵活且易于使用的机器学习算法,即便没有超参数调优,也可以在大多数情况下得到很好的结果。...

发表于 2018-03-14 16:10 2229次阅读
机器学习算法之随机森林算法详解及工作原理图解

硬件的缺陷可以通过软件来补吗?看完这个你就知道了

硬件挖的坑真的可以通过软件来填吗?软件的确可以弥补很多硬件方面的缺陷,但也不是此次都能完美填坑,例如...

发表于 2018-03-14 15:46 1157次阅读
硬件的缺陷可以通过软件来补吗?看完这个你就知道了

CAN总线结构与CAN总线标准帧

CAN总线规范采用了ISO-OSI(Open System Interconnection Refe...

发表于 2018-03-13 14:09 650次阅读
CAN总线结构与CAN总线标准帧

传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

相信每一个电子工程师在项目开发的过程中都不可避免的要进行方案的调试,除了模拟调试我们还必须进行真机调...

发表于 2018-03-13 13:54 555次阅读
传统FPGA调试方案与EXOSTIV Probe...

PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

在Pin Planner界面最下面出现的“Node Name”一列中,有我们的3个信号接口,这里“L...

发表于 2018-03-13 10:09 489次阅读
PWM蜂鸣器驱动之引脚分配

人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

3D图像传感器系统结构包含两只CMOS型图像传感器及缓存图像数据的SDRAM,为了对两只图像传感器...

发表于 2018-03-13 09:55 570次阅读
人眼仿生学原理设计一种嵌入式的微型3D图像传感器

AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

JTAG模式在线下载FPGA的原理如图7.15所示,PC端的Quartus II软件通过下载线缆将b...

发表于 2018-03-13 09:46 491次阅读
AS配置方式由FPGA器件引导配置操作过程

莱迪思发布新一代FPGA设计软件 适用于开发低功...

莱迪思半导体公司布推出全新的FPGA设计软件——Lattice Radiant™,适用于需要开发低功...

发表于 2018-03-12 15:52 153次阅读
莱迪思发布新一代FPGA设计软件 适用于开发低功...

献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

在进行FPGA学习的时候,我遇到过问题停滞不前,试验没有进展,心情沮丧的时候。那时对底层硬件一无所知...

发表于 2018-03-12 14:18 846次阅读
献给那些刚刚踏上硬件之路的同学们:硬件开发经验

FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在P...

发表于 2018-03-12 10:35 562次阅读
FPGA设计的经验技巧,FPGA开发设计经验总结

FPGA控制的无人机电源管理系统

工业电子产品的发展趋势是更小的电路板尺寸、更时尚的外形和更具成本效益。由于这些趋势,电子系统设计人员...

发表于 2018-03-12 09:48 2943次阅读
FPGA控制的无人机电源管理系统

一个电子工程师的硬件初学之路分享

抱着热情,自己后来一点一点地深入的学习fpga,一些常规逻辑电路的设计,包括逻辑门电路、数据选择器、...

发表于 2018-03-09 16:45 656次阅读
一个电子工程师的硬件初学之路分享

初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

各种方案虽然只是初步的了解一些,但是发现这方面虽然有类似SOPC概念的海思和TI双核解决方案,而且是...

发表于 2018-03-09 14:19 651次阅读
初学者爱问这个问题,FPGA到底能做什么?

AVA新技术让剧照清晰又好看

电影、剧集等视频的创作、生产、分销等环节已经可以通过算法优化提升效率。Netflix的AVA平台可以...

发表于 2018-03-06 15:04 441次阅读
AVA新技术让剧照清晰又好看

浙大开发算法软件能分辨玩手机是孩子还是大人

过年你的手机有没有被熊孩子抢走玩游戏?这个问题将来可能被算法攻破。由南卡罗来纳大学和中国浙江大学的研...

发表于 2018-03-06 09:20 482次阅读
浙大开发算法软件能分辨玩手机是孩子还是大人

主动噪声控制平台的FPGA实现

主动噪声控制平台的FPGA实现。基于FPGA搭建了针对汽车的主动噪声控制平台,此平台可以正确实时地采...

发表于 2018-03-05 10:34 569次阅读
主动噪声控制平台的FPGA实现

学习硬件必须掌握的基础知识点总结

如果你认为这么多书,怎么看都看不完。那是以一种静止、偏面的观点来分析问题了。其实上介绍那么多课,很多...

发表于 2018-03-04 15:28 1172次阅读
学习硬件必须掌握的基础知识点总结

基于FPGA的惯性导航系统设计

惯性导航系统(INS,Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统,是一...

发表于 2018-03-04 09:25 83次阅读
基于FPGA的惯性导航系统设计

基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

本文主要介绍了基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设计。利用GPS提供的1pps秒脉冲信号...

发表于 2018-03-02 14:55 310次阅读
基于FPGA的压控晶振同步频率控制系统的研究与设...

如何用单片机实现数字滤波?6种数字滤波算法解析

单片机主要作用是控制外围的器件,并实现一定的通信和数据处理。但在某些特定场合,不可避免地要用到数学运...

发表于 2018-02-28 09:41 2283次阅读
如何用单片机实现数字滤波?6种数字滤波算法解析

基于FPGA的超级电容均压及充放电设计方案

由于超级电容器单体性能参数的离散性,当多个单体串联组成电容器组时,在充放电过程中容易造成过充或过放现...

发表于 2018-02-28 08:40 416次阅读
基于FPGA的超级电容均压及充放电设计方案

人工智能、区块链、算法...这30个大数据热词你...

如今我国大数据产业保持高速发展态势,各级政府和企业大力推进,技术创新取得明显突破,大数据应用推进势头...

发表于 2018-02-27 15:51 1286次阅读
人工智能、区块链、算法...这30个大数据热词你...

英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

英特尔宣布开始发售英特尔® Stratix® 10 TX FPGA ,这也是业内唯一一款采用 58G...

发表于 2018-02-27 11:55 483次阅读
英特尔发售业内首款基于58G PAM4 技术的F...

针对Linux BSP开发的Petalinux,...

本实验工程将介绍如何利在赛灵思异构多处理器产品系列 Zynq UtralScale+ MPSoC ...

发表于 2018-02-27 11:01 4883次阅读
针对Linux BSP开发的Petalinux,...

基于FPGA的改进型FIR滤波器的实现

FIR数字滤波器在数字信号处理的过程中有很好的线性相位和稳定性,被广泛应用于音频处理、语音处理、信息...

发表于 2018-02-26 18:44 228次阅读
基于FPGA的改进型FIR滤波器的实现

如何经济的设计一个新的芯片

我们最近与Bunny Huang进行了有趣的交流,他是硬件大师以及Chumby,NetTV和Nove...

发表于 2018-02-24 10:53 931次阅读
如何经济的设计一个新的芯片