基于FPGA的二值图像的腐蚀算法的实现

基于FPGA的二值图像的腐蚀算法的实现

九层之台，起于累土

1 背景知识

腐蚀和膨胀是形态学处理的基础，许多形态学算法都是以这两种操作作为基础的。

图1 使用腐蚀去除图像中的部件

图1 a一幅大小为486x486的连线模板二值图像，图1b~d分别使用11x11,15X15和45X45的模板进行腐蚀。我们从这个例子看到，腐蚀缩小或细化了二值图像中的物体。事实上，我们可以将腐蚀看成是形态学滤波操作，这种操作将小于模板的图像细节从图像中滤除。

2 腐蚀算法

使用白色腐蚀：

图2 腐蚀演示

在二值图像的腐蚀算法过程中我们使用二值图像3x3图像矩阵，由图2可知，当九个格子中不全为‘0’或者‘1’时，经过腐蚀算法后九个格子的值最终都会变成‘1’；如果九个全是‘1’或者‘0’时，那么最终的结果九个全是‘1’或者‘0’。

3 FPGA腐蚀算法实现

图3 二值图像腐蚀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_etch.v

Description: binary image etch

*/

`timescale 1ns/1ps

module binary_image_etch(

input clk, //pixel clk

input rst_n,

input hs_in,

input vs_in,

input [15:0] data_in,

input data_in_en,

output hs_out,

output vs_out,

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;

reg hs_r0;

reg hs_r1;

reg hs_r2;

reg vs_r0;

reg vs_r1;

reg vs_r2;

wire[18:0] result_data;

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;

hs_r0 <= 1'b0;

hs_r1 <= 1'b0;

hs_r2 <= 1'b0;

vs_r0 <= 1'b0;

vs_r1 <= 1'b0;

vs_r2 <= 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;

hs_r0 <= hs_in;

hs_r1 <= hs_r0;

hs_r2 <= hs_r1;

vs_r0 <= vs_in;

vs_r1 <= vs_r0;

vs_r2 <= vs_r1;

end

end

//-----------------------------------------------------------------

// line0_data0 line0_data1 line0_data2

// line1_data0 line1_data1 line1_data2

// line2_data0 line2_data1 line2_data2

//----------------------------------------------------------------

/*

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

data_out <= 16'h0000;

else if(data_out_en1)

if(line0_data0 ^ line0_data1 ^ line0_data2 ^ line1_data0 ^ line1_data1 ^ line1_data2 ^ line2_data0 ^ line2_data1 ^ line2_data2)

data_out <= line1_data1;

else

data_out <= 16'hffff; //

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'hffff;

end

endmodule

IP设置

图4 line3x3 IP

如图4所示，shift register(RAM-based)ip主要为了形成三行像素缓存。

4.3寸TFT显示屏的行缓存大小为480，5寸TFT显示屏的行缓存大小为800。

4实验结果

图5 实验原图

图6 原图显示

图7 腐蚀后的结果

结果分析:

图6和图7进行对比，图6中最细的图案在图7中已经消失，比较粗的线条也相对变细，实验成功。如果大家想进行更大力度的腐蚀可以使用更大的模板。