一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法技术

本发明专利技术公开一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法，该方法基于传统架构的TCAM阵列，介绍了一种利用硬件实现对二值图像水平和垂直方向投影的特征提取实例。当需要提取水平方向上的像素堆叠时，仅需将二值图像的像素值存储到TCAM阵列中。之后利用输入全“1”来与TCAM阵列中存储的数据进行匹配，在每行的ML上就会输出不匹配的位数，即像素“0”的位数，这样就可以实现水平方向上“0”像素的数目统计。若要处理垂直方向，仅需要在将图像存储到TCAM阵列前先进行转置，之后操作同上，即可获得垂直方向上的像素堆叠统计。本发明专利技术实现了利用硬件加速处理前期特征向量提取过程，大大提升的图像处理的工作效率。像处理的工作效率。像处理的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，具体是一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法，属于用硬件加速图像处理的方法。

技术介绍

[0002]图像处理是对既定的图像信息进行加工以满足人的视觉、心理以及应用方面等需求的行为，主要包括图像变换、图像编码压缩、图像增强和复原、图像分割、图像描述和图像识别等。在图像处理尤其是二值图像的处理过程中，投影法是一种常见的处理方式，在图像分割、图像描述和图像识别等领域应用广泛。一般来说，图像投影分为水平投影和垂直投影。水平面方向的正投影叫做水平投影，指二维图像按照水平轴方向进行投影；垂直投影则是指二维图像按照竖直方向的投影，投影后的结果可以看作是一维图像。对于一幅二维图像，投影是将图像二值化后的像素点按某一方向堆叠，从而获得二维图像的像素分布直方图。由于二维图像的像素分布直方图是一维的特征向量，所以通过投影方法可以实现数据降维的高效处理。同时，对于更高精度要求的图像描述和图像识别，通过不同旋转角度的图像投影操作，可以获取更多具有分析价值的特征向量，以达到分析目的。综上，图像投影法在图像处理的特征提取步骤中发挥着重要作用。
[0003]现有的图像投影法一般通过软件实现，如水平投影的实现步骤：1、图像二值化，物体为黑，背景为白；2、循环各行，依次判断每一列的像素值是否为黑，统计该行所有黑像素的个数。设该行共有M个黑像素，则把该行从第一列到第M列置为黑。
[0004]垂直投影的实现步骤：1、图像二值化，物体为黑，背景为白；2、循环各列，依次判断每一行的像素值是否为黑，统计该列所有黑像素的个数。设该列共有M个黑像素，则把第一行到第行置为黑。
[0005]上述软件实现图像投影的方法较为复杂，对计算机算力要求高，会影响图像处理实现的时间。
[0006]内容可寻址存储器 (Content Addressable Memory，CAM)是一种特殊的存储阵列，它以内容进行寻址，将一个输入数据项与存储在单元内的数据项进行匹配，并输出匹配信息。三态内容可寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory，TCAM)是一种在内容可寻址存储器的基础上发展出来的存储单元结构。TCAM主要有三个不同的态，分别是“0”态、“1”态和“X”态。和CAM不同的是，除了单纯的对“0”项和“1”项匹配和不匹配的比较，TCAM还引入了通配项“X”态。当TCAM单元中存储的为“X”态时，是无论输入是“0”还是“1”，输出均表现为匹配状态。在工作时，每个单元在编程阶段写入不同的态。在读阶段，通过数据线DL （Data Line）和 （Complementary of Data Line）输入不同的数据与单元中的存储态进行搜索。若输入数据与单元存储数据相同，则单元处于高阻态，原本预充电的匹配线（ML, Match Line）上电压保持不变，若数据不相同，则ML放电。通常，由于每个TCAM单元通过并联
方式连接，每条ML上或多或少有放电现象，而放电速度的快慢则与每条ML上的失配数目有一定的函数关系，通过对ML上放电速度的衡量，可以推演计算出每条ML上的失配数目。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法，利用内容可寻址存储器硬件实现图像投影法，加快图像处理的速度。
[0008]为了解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法，包括以下步骤：S01）、判断图像是否是二值图像，如果是，则进行步骤S02），如果不是，将图像进行二值化处理后再进行步骤S02）；S02）、图像分割，将图像分割成若干个和TCAM阵列大小相等的像素块，TCAM阵列由多个内容可寻址存储器并联而成；S03）、将像素块对应的像素值写入TCAM阵列；S04）、TCAM阵列全部写入白色像素块对应的数据项1，与TCAM阵列中的图像块像素值进行匹配；S05）、若白色像素块对应的数据项1与TCAM阵列中的图像块像素值匹配，则TCAM阵列的匹配线上的电压持平，若白色像素块对应的数据项1与TCAM阵列中的图像块像素值不匹配，则TCAM阵列的原本预充电的匹配线通过外围电路放电，获取该放电过程中匹配线的放电电压和放电时间，根据放电电压和放电时间与失配位数的线性关系推出本像素块的失配位数，所述失配位数就是像素块中像素值为0的像素点的个数；S06）、重复步骤S03）至S05），获取其他像素块的失配位数，从而实现图像投影。
[0009]进一步的，匹配线上的放电电压与放电衰减系数满足函数关系： ，其中y表示放电电压，t表示放电时间，A为固定数值，根据该函数关系以及步骤S05）放电过程的放电电压、放电时间计算出放电衰减系数τ，放电衰减系数 τ与失配位数呈线性关系，通过仿真得出该线性关系，通过该线性关系以及放电衰减系数τ得到步骤S05）中像素块的失配位数。
[0010]进一步的，获取水平方向上的投影时，直接将像素块对应的像素值存储到TCAM阵列。
[0011]进一步的，获取垂直方向上的投影时，像素块转置后将其对应的像素值存储到TCAM阵列。
[0012]进一步的，获取倾斜角度的投影时，将像素块倾斜角度对应的像素值存储到TCAM阵列，TCAM阵列中的空出单元存储X态。
[0013]进一步的，一个TCAM阵列由M*N个TCAM单元并联组成，M表示TCAM阵列的行数，N表示TCAM阵列的列数，每行的N个TCAM单元并联到一条匹配线上，再由不同行对应的匹配线并联在一起。
[0014]进一步的，TCAM阵列中的内容可寻址存储器为闪存存储单元、忆阻器或铁电存储器。
[0015]进一步的，本方法用于二值图像数字识别、边缘识别的特征提取步骤。
[0016]进一步的，本方法实现对二值图像的灰度直方分布的统计。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术基于三态内容可寻址存储器实现图像投影，即通过硬件实现图像投影，可以大大加快现有图像头像的实现速度。并且依据三态内容可寻址存储器的特性，可以实现水平、垂直、倾斜角度（任意角度）的图像投影。本专利技术利用并联TCAM单元阵列易于统计失配位数的思想，实现了二值图像投影法处理中的特征提取，在图像处理中，实现了利用硬件加速处理前期特征向量提取过程，大大提升的图像处理的工作效率。
附图说明
[0018]图1是图1是投影法图像处理的实现和应用示意图；图2是用于二值图像投影法处理的TCAM阵列的示意图；图3是利用TCAM阵列实现二值图像投影法处理的过程示意图；图4是本方法实现的实施流程图；图5为单个TCAM单元的放电特性示意图；图6为8个TCAM单元组成的一条ML线上的失配特性图；图7是在8
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8大小的阵列中，失配位数X和放电衰减系数τ的线性关系示意图；图8 为一张圆形图案经过本方法计算出的水平和竖直方向上的投影统计图；图9为一张小鸟图案经过本方法计算出的水平和竖直方向上的投影统计图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法，其特征在于：包括以下步骤：S01）、判断图像是否是二值图像，如果是，则进行步骤S02），如果不是，将图像进行二值化处理后再进行步骤S02）；S02）、图像分割，将图像分割成若干个和TCAM阵列大小相等的像素块，TCAM阵列由多个内容可寻址存储器并联而成；S03）、将像素块对应的像素值写入TCAM阵列；S04）、TCAM阵列全部写入白色像素块对应的数据项1，与TCAM阵列中的图像块像素值进行匹配；S05）、若白色像素块对应的数据项1与TCAM阵列中的图像块像素值匹配，则TCAM阵列的匹配线上的电压持平，若白色像素块对应的数据项1与TCAM阵列中的图像块像素值不匹配，则TCAM阵列的原本预充电的匹配线通过外围电路放电，获取该放电过程中匹配线的放电电压和放电时间，根据放电电压和放电时间与失配位数的线性关系推出本像素块的失配位数，所述失配位数就是像素块中像素值为0的像素点的个数；S06）、重复步骤S03）至S05），获取其他像素块的失配位数，从而实现图像投影。2.根据权利要求1所述的基于内容可寻址存储器实现图像投影的方法，其特征在于：匹配线上的放电电压与放电衰减系数满足函数关系：，其中y表示放电电压，t表示放电时间，A为固定数值，根据该函数关系以及步骤S05）放电过程的放电电压、放电时间计算出放电衰减系数，放电衰减系数与失配位数呈线性关系，通过仿真得出该线性关系，通过该线性关系以及放电衰减系数得到步骤S05）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹学鹏，柏茂颖，陈杰智，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：