FPGA图像处理

2024-07-11 09:36| 来源: 网络整理| 查看: 265

简介

二值图像的像素可分为两类：目标像素和背景像素，通常目标像素用1表示，背景像素用0表示。形态学滤波最基本的操作是腐蚀和膨胀。下面这张图展示了腐蚀膨胀的处理结果，不过图中目标像素是黑色，背景像素是白色。在这里插入图片描述腐蚀是一种消除边界点，使边界向内部收缩的过程。可以用来消除小且无意义的物体。比如3x3腐蚀，即用一个3x3窗口对图像进行卷积，当窗口内全部为1则输出1，其他情况输出0，等同于与运算这样卷积一遍下来，目标的尺寸就变小了。膨胀和腐蚀相反，当窗口内有任意像素为1时，输出1，全为0时才输出0，等同于或运算。

电路图

在这里插入图片描述由于腐蚀和膨胀具有互补性，所以可以用一个电路实现两种功能，用一个控制信号选择腐蚀或膨胀。异或门具有选择反相性，所以当控制型号为0时，对电路没有影响，电路功能为腐蚀当控制型号为1时，输入被反相后进入电路，进行与操作后反相输出，等同于或运算，逻辑代数公式为X + Y = (X’Y’)’ 在FPGA中进行腐蚀膨胀运算，和之前一样，要用到3x3卷积模板，在之前的博客已经介绍过，因为是对二值图像进行卷积，3x3卷积模板的位宽要改为1，请自行修改

verilog代码

按照上面的电路图，很容易就能写出腐蚀膨胀的verilog代码：

// 腐蚀膨胀，输入为经过sobel的边缘图 module erosion_dilation( input clk, input rst_n, input sel, // 0选择腐蚀，1选择膨胀 input iValid, input [7:0] iData, output oValid, output [7:0] oData ); // 信号声明 wire filter_11, filter_12, filter_13; wire filter_21, filter_22, filter_23; wire filter_31, filter_32, filter_33; // 输入8bit转1bit wire iData_1bit = &iData; // filter模块中的shift-ram ip核的tap间隔要与图片宽度一致 filter_3x3_1bit inst_filter_3x3_1bit( .clk (clk), .rst_n (rst_n), .iValid (iValid), .iData (iData_1bit ^ sel), .oValid (oValid), .oData_11 (filter_11), .oData_12 (filter_12), .oData_13 (filter_13), .oData_21 (filter_21), .oData_22 (filter_22), .oData_23 (filter_23), .oData_31 (filter_31), .oData_32 (filter_32), .oData_33 (filter_33) ); // 第一行与 wire and_1 = filter_11 & filter_12 & filter_13; // 第二行与 wire and_2 = filter_21 & filter_22 & filter_23; // 第三行与 wire and_3 = filter_31 & filter_32 & filter_33; // 与运算结果 wire and_all = and_1 & and_2 & and_3; // 输出1bit转8bit assign oData = (and_all ^ sel) ? 8'hff : 8'h00; endmodule Testbench // 只能使用bmp灰度图片，，最好用边缘检测后的图片，如果更换图片了，记得修改shift-ram行缓存大小 `timescale 1ps/1ps module bmp_tb; reg clk = 1'b1; always #10 clk = ~clk; // 时钟周期为20 reg rst_n = 1'b0; // 输入图片数组 reg [7:0] bmpData[0:1000000]; integer bmpFile; // 图片文件id integer outFile; // 输出图片文件id integer bfSize; // 文件大小 integer bfOffbits; // 像素起始位置 integer code; // 读取图片返回的错误码 integer width; // 图片宽度 integer height; // 图片高度 integer i; integer j; reg iValid = 0; reg [7:0] gray = 0; wire oValid; wire [7:0] oData; initial begin // 使用绝对路径较好 bmpFile = $fopen("image/tiger_sobel.bmp", "rb"); // 打开输入图片 outFile = $fopen("image/tiger_sobel_erosion.bmp", "wb+"); // 打开输出图片 code = $fread(bmpData, bmpFile); // 读取输入图片数据到数组内 bfOffbits = {bmpData[13], bmpData[12], bmpData[11], bmpData[10]}; // 图片像素数据偏移 width = {bmpData[21], bmpData[20], bmpData[19], bmpData[18]}; height = {bmpData[25], bmpData[24], bmpData[23], bmpData[22]}; // 向输出图片写入文件头信息 for(i = 0; i

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