دو Zhengcong 1، 2 Ninglong فاي

(مدرسة مدرسة هندسة المعلومات بانتشيهوا الكهربائية، بانتشيهوا 617000؛ 2. كلية الهندسة الميكانيكية، جامعة شيهوا، وتشنغدو 610039)

لالبرمجيات المدمجة لا تستطيع ان تلبي في الوقت الحقيقي مسألة صورة رقمية سرعة المعالجة، مع فكرة مسرعات الأجهزة، سوبل خوارزمية الكشف عن حافة طريق FPGA. قبل العملية كرة الطاولة، المعالجة المتوازية والنقل بواسطة خط أنابيب من البيانات، وتحسين كبير في سرعة تجهيز خوارزمية. تصميم الأجهزة وحدات، لضمان قابلية للنظام ونظام النقل. وأخيرا، فإن خوارزمية معالجة باستخدام فيريلوج HDL البرمجة، والمحاكاة والتحقق مع Modelsim وMATLAB.

FPGA، سوبل الكشف عن الحافة، الأجهزة مسرع

TN911.73، TP391.7

كود الوثيقة: A

10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.10.023

شكل الاقتباس الصيني: دو Zhengcong، Ninglong فاي وبناء مع سوبل حافة كشف FPGA التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (10): 89-91،95.

الإنجليزية شكل الاقتباس: دو Zhengcong، نينغ Longfei. الكشف عن صورة حافة بناء على خوارزمية سوبل في تنفيذ FPGA .Application من تقنيات الالكترونية، 2016،42 (10): 89-91،95.

0 مقدمة

الكشف عن صورة حافة هي التكنولوجيا الرئيسية في مجال معالجة الصور الرقمية، وتقسيم الصورة، وكشف الحركة، وتتبع الكائن، تقنية التعرف على الوجوه استنادا . مع التطور السريع لتكنولوجيا المعلومات الإلكترونية، والكشف عن صورة حافة لديها مجموعة واسعة من التطبيقات والتطوير في مجال الفضاء والصناعية والطبية والعسكرية وغيرها من المجالات . في هذه التطبيقات، عادة ما تستخدم ARM وDSP المعالجات لمعالجة المعلومات من خلال البرمجيات المدمجة، ولكن مع كمية متزايدة من المعلومات التي يتعين معالجتها، مما يزيد من تعقيد الخوارزمية، معالج أحادي النواة، وتجهيز السرعة بعض النظم لا تستطيع ان تلبي الطلب.

وبناء على خوارزمية سوبل على متطلبات البرنامج المضمن لا تستطيع ان تلبي معالجة سرعة البيانات في الوقت الحقيقي، وقدم مسرع الأجهزة البحوث يعتقد استخدام RAM + FPGA تكوين الأجهزة يتم توفيرها من قبل واجهة الرقيق من البرمجيات المدمجة السيطرة على دواسة البنزين العمل، مسرع الأجهزة (FPGA) من خلال تصميم وحدات، وكرة الطاولة تصميم خط أنابيب عملية تحسنت كثيرا سرعة معالجة البيانات في الوقت الحقيقي، لتحقيق صورة الكشف عن الحافة. ويتم إنجاز اجهة الرقيق عموما البرمجيات المدمجة للقراءة والكتابة السجلات.

(1) وخوارزمية الكشف عن حافة سوبيل

حافة الصور كشف والفيديو وسيلة هامة من التحليل، والكشف عن المنطقة الرئيسية صورة وتحدث طفرات عازمة في أي منطقة الإنارة، الإنارة من هذه الطفرات عموما حافة الكائن.

في الصور الرمادية، على سبيل المثال، وهو قرار من صورة M N بكسل M N. سوبل مركز الكشف والجزء الخلفي من كل بكسل مضروبا في معامل ثم قم بإضافة أقرب ثمانية بكسل، على غرار إجراء التفاف لتقدير قيمة مشتق من كل بكسل على خ، ذ الاتجاهات. ويتم التعبير عن هذا المعامل عادة من قبل الجدول التفاف (الإلتواء قناع). وكانت تستخدم لحساب x و y سوبل التفاف القيم المشتقة DX و دى هو مبين أدناه في الجدول :

وضرب قيم كل بيكسل من الجدول التفاف المقابلة، ثم رقم 9 يتم الحصول عن طريق إضافة قيمة المضاعفة من جزئي مشتق DX س و ص الاتجاهات، ودى. ثم، وذلك باستخدام اثنين من المشتقات الجزئية احتساب قيمة مشتقة من بكسل المركزي.

وتحسب على النحو التالي:

منذ وظائف الجذر التربيعي ومربع هي رتيب، أقصى اتساع الحساب الفعلي، والحد الأقصى والحد الأدنى حساب تقريبي لاحقة، حيث يحدث أدنى في نفس الصورة. ومقارنة لحساب الجذر التربيعي ومربع، وحساب القيمة المطلقة من الكثير من موارد الأجهزة أقل استخدامها. العثور على الحد الأقصى والحد الأدنى اتساع مشتق من صيغة (1) على النحو التالي مبسطة:

الحاجة لحساب مرارا مشتق من السعة لكل موقف صورة بكسل. ومع ذلك، بكسل مذكرة المحيطة حواف الصورة وليس مجموعة كاملة من وحدات البكسل المجاورة لحساب المشتقات الجزئية والمشتقات، ومعالجة منفصلة حتى هذه بكسل. وأسهل طريقة هي لصورة قيمة مشتقة من بكسل حافة | D | تم تعيين إلى 0.

2 تطبيقات الأجهزة سوبل كشف الحافة

2.1 سوبل هيكل مسرع

تسارع الأجهزة بشكل كبير عن طريق زيادة التوازي عملية التسارع لتحقيق الغرض، وطريقة في كثير من الأحيان خط أنابيب والتكرار الأجهزة.

مبدأ الكشف عن حافة كتلة مخطط النظام مسرع هو مبين في الشكل (1). فيديو أو إشارة الصورة من خلال I الرقمية / O تحكم المدخلات، وتخزينها في الذاكرة، الأجهزة مسرع التشغيل تحت سيطرة RAM المعالج، ويقرأ صورة إطار المخزنة في الذاكرة (البيانات)، وخوارزمية الكشف عن الحافة، وأخيرا لإعطاء صورة وكتابة مشتقة المقابلة في الذاكرة. في الواقع، عند تحديدها مسرع الأجهزة لتسريع استهلاك خوارزميات كبيرة تقلل إلى حد كبير من العبء على المعالجات الأخرى (على سبيل المثال، DSP، ARM، وما إلى ذلك).

I / O تحكم ومسرع بدء الوصول المباشر إلى الذاكرة دون المرور عبر المعالج من وضع DMA (الوصول المباشر إلى الذاكرة)، وتسريع كثيرا من سرعة الوصول إلى الذاكرة. من أجل تجنب أجهزة متعددة في وقت واحد للوصول إلى صراع الذاكرة، وإدخال الحكم في النظام. سياسة التحكيم الحكم هو: وصول مقدم الطلب فقط على الموارد. وهكذا، ARM (CPU) من تكوين مسرع، بيانات التكوين التي سيتم تجهيزها عناوين المصدر والمقصد، وتبدأ بعد ذلك على دواسة البنزين، والإفراج عن الموارد حافلة، وACC بعد تلقي الأمر بداية، إلى الموارد طلب لاستكمال الخوارزمية، عن طريق المقاطعة العودة الى ذاكرة الوصول العشوائي (CPU)، في حين الإفراج عن الموارد.

2.2 القائم على FPGA الأجهزة مسرع

بيانات الكشف عن الحافة وجود كمية كبيرة من البيانات، وخصائص تكرار يمكن معالجتها في عملية موازية، يمكن تنفيذها على الأجهزة التي كتبها FPGA المعلومات المعالجة المتوازية، من خلال الهندسة المعمارية خطوط الأنابيب وتصميم العملية كرة الطاولة يمكن زيادة تحسين التوافقية سرعة منطق معالجة خوارزمية وتجهيز النظام الإنتاجية المعلومات، حتى FPGA معالجة الكشف عن حافة بيانات الصورة لديه ميزة طبيعية. في هذه الورقة، وتجهيز مسرع تيار معالجة البيانات والجداول في ترتيب وصولهم.

ويستند نظام ألتيرا على سلسلة FPGA إعصار IV، تصميم وحدات من أسفل أعلى، وذلك باستخدام أسلوب النمذجة التسلق، وبعد جيدة قابلية وقابلية للنظام. FIG 2 هو الوقت الحقيقي عملية الكشف عن الحافة في FIG.

3 هو تصميم الأجهزة وحدة دواسة البنزين. في تصميم نظام تدفق البيانات والتحكم في التدفق على حدة، بحيث عند تصميم تدفق البيانات عندما لا يكون لدى البيانات أن نهتم المشكلة عندما المدخلات والمخرجات، والتحكم في التدفق من تحويل المشكلة إلى مرحلة التصميم. النظر في تدفق بيانات التحكم في تدفق السيطرة على مرحلة تصميم النظام، بحيث تصميم الدوائر أكثر انتظاما، وأكثر ملاءمة لتعديل. عن طريق التصميم العام للجهاز الدولة التحكم في التدفق (FSM).

لتحقيق قرار من 8 بت الصورة على نطاق والرمادية من 600 400 على سبيل المثال، الحافلة البيانات تصميم نظام عرض 32 بت، المضاعفة تقسيم الوقت على الحافلة، تم نقل البيانات من الذاكرة، وضعت 32 بت * _row_reg السجل، يتم إنشاء بيانات غير صالحة من أجل الحد من وزيادة تعقيد تصميم الأجهزة، في انتظار البيانات لملء التوالي * السجل _row_reg، وبدأت في تحويل المشغل سوبل لحساب النتائج، مما أدى إلى تحول لا يمكن أن يكتب، لا يمكن أن تحول عند كتابة البيانات، تولد الكثير من الانتظار الوقت. * _Row هنا عن طريق إدخال السجل التحول، وتجهيز التحول وكتابة البيانات بشكل منفصل تحقيق نظام التدفق الكامل.

من أجل وحدة خوارزمية سوبل، من أجل حفظ الموارد وتحسين سرعة المعالجة، وبعض التصاميم تستخدم خوارزمية الموزعة باستخدام جدول بحث بدلا من المضاعف للضرب ، والتي لا تستطيع أن تفعل أي معالجة على بيانات عشوائية. لتجنب استخدام مضاعفات المستخدمة هنا، وتحقيق الضرب من قبل التحول. البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة المياه التي تدخل مجموعة بيانات غير صالحة إلى الهامش الأيسر، تدفق البيانات لاستبعاد مجموعة غير صالح البيانات إلى حدود الصحيح، السطر العلوي وخلاصة القول كما تم تعيين خط غير صالحة الحدود الدنيا والعليا. الرقم 4 هو الرسم التخطيطي لخوارزمية سوبل.

3 محاكاة وتحليل النتائج

في هذه الورقة، 600 400 صورة رمادية ككائن البحوث، والمحاكاة والتحقق النتائج المبينة في الشكل.

MATLAB عن طريق تحويل imag1.bmp صورة الرمادي (الشكل التعسفي) المصنعة في ملف imag.txt المخزنة في الذاكرة، نفذت سوبل الخوارزمية باستخدام بيانات محاكاة فيريلوج، Modelsim توليد data.txt الملف، ثم الملف data.txt باستخدام MATLAB معالجة العتبة في صورة tes.bmp. سوبل الاتصال مباشرة باستخدام وظيفة MATLAB معالجة أولية صورة نمط الرمادي لتوليد صورة imag2.bmp، مقارنة الصورتين، FPGA للتحقق من صحة هذه العملية.

الخوارزمية مهمة المحاكاة والنتائج التجريبية التي تم الحصول عليها من وجهة صورة للعرض، هذا التصميم اكتمال جيدا سوبل الكشف عن الحافة، وذلك باستخدام هيكل مسرع RAM + FPGA إلى 50 ميغاهيرتز (تجارب المحاكاة باستخدام قيم) للسائق على مدار الساعة على سبيل المثال، وهي عملية 600 400 صورة، والوقت المطلوب هو 19.2 مللي و 208 صورة في الثانية الواحدة يمكن معالجة لتلبية متطلبات أنظمة الوقت الحقيقي، والمعالجات أحادية النواة لحل مشكلة عملية زمنية طويلة. وحدة التحكم التحرير لتحقيق السيطرة أكثر تعقيدا وظيفة.

4 خاتمة

وبناء على FPGA الأجهزة مسرع يعتقد المرجعية، جزءا لا يتجزأ من حل البرمجيات لا تستطيع ان تلبي المعلومات في الوقت الحقيقي للتعامل مع هذه المشكلة، صورة التي حققتها إشارة رقمية قراءة فيريلوج الأجهزة البرمجة، سوبل الخوارزمية، واستكمال الكشف عن صورة حافة، تشغيل لعبة كرة الطاولة في FPGA، المعالجة المتوازية والنقل بواسطة خط أنابيب تصميم من اكتمال كمية كبيرة من البيانات، ومعدل تكرار الصورة حافة معالجة البيانات الكشف، وتحسين كبير في كفاءة النظام وتحقيق متطلبات الوقت الحقيقي. المراجع على حد سواء وحدات طريقة التصميم، من أعلى إلى أسفل النمذجة باستخدام طريقة التسلق، ومصممة بحيث النظام لديه قابلية جيدة وقابلية للقيمة عملية كبيرة.

مراجع

مشغل دراسة وجونفينج. رؤية صورة مبدأ الكشف عن الحافة ووهان: جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا، 2006.

يو يوانهوي، تشانغ Chinchen.A حافة جديدة نهج الكشف على أساس تحليل السياق صورة .SCI، صورة والرؤية الحاسوبية، 2006،24: 1090-1102.

ليم، Zhoujian يانغ الكشف عن صورة حافة العليا سرعة رقمية مرشح التصميم والتحقيق التكنولوجيا الحديثة الإلكترونية، 2006 (6): 26-29.

وو هاى، Hezu خاص، لي كام وبناء على تحسن سوبيل المشغل الكشف عن الحافة وجزءا لا يتجزأ . آلة أداة والهيدروليكية، 2009،37 (10): 133-136.

YeMin، تشو ينهو المحركات على أساس الصورة في الوقت الحقيقي تصفية والكشف عن الحافة على FPGA . تكنولوجيا الاستشعار، 2007،20 (3): 623-627.

مزايا العضوية في نهاية العام بعد التمديد!