一种基于FPGA的木料分类识别系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的木料分类识别系统，涉及数字图像处理技术领域，包括图像采集组件、图像处理组件、图像缓存组件和图像显示组件；所述图像采集组件，包括图像传感器、FPGA硬件处理平台中的图像采集模块和IIC模块；所述图像处理组件，包括FPGA硬件处理平台中的格式转换模块、四帧差分模块以及目标识别模块；所述图像缓存组件，包括外部SDRAM存储器和FPGA硬件处理平台中的FIFO模块和SDRAM模块；所述图像显示组件，包括图像显示器和FPGA硬件处理平台中的VGA显示模块；本发明专利技术能够有效的实现对不同木料的纹理进行识别的功能。效的实现对不同木料的纹理进行识别的功能。效的实现对不同木料的纹理进行识别的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的木料分类识别系统


[0001]本专利技术涉及数字图像处理
，具体涉及一种基于FPGA的木料分类识别系统。

技术介绍

[0002]在传统的木料分拣流程当中，流水线上的木料主要靠大量的人力物力来完成工作，从而导致人工分拣效率低、耗时长；而随着机器视觉的快速发展，利用数字图像处理技术可以高效的对流水线上的木料进行快速识别，降低了工业生产对人力的消耗和依赖程度。
[0003]目前，对于不同的应用场合主要的图像处理平台包括ARM处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。ARM处理器支持高级编程语言，在视频图像处理方面应用广泛，但是其片上资源和处理速度有限；DSP拥有较强数字信号处理能力，在实时图像处理领域的应用也更为广泛，但是其拥有的IO接口较少；ASIC芯片能够满足运行速度高、性能好、功耗低的特点，但是ASIC移植性差的问题导致其研发周期会较长、开发成本也较高；对比以上不同的图像处理平台，FPGA芯片是目前具有很高前景的可编程逻辑器件，它不仅弥补了ASIC芯片的灵活性差的问题，而且还拥着大量的IO接口，能够满足对更多外围模块的驱动需求。丰富的逻辑资源和高速的并行处理能力使得FPGA在视频图像处理领域大放异彩。
[0004]成熟的目标检测技术包括光流法、帧间差分法和背景差分法等：1)光流法是利用动态图像序列中各像素点矢量特征来确定背景和目标的运动情况，但缺点就是光流矢量对噪声引起的像素变化非常敏感，且需要计算每一个像素点的矢量特征，计算复杂耗时，不适合实时性要求高的情况；2)背景差分法主要用来检测背景静止区域，其基本思想是将静止背景图像事先存储好，紧接着用当前图像与背景图像作差分，得到一幅差值图像，利用阈值来判断图像中的运动目标，该方法实现简单，但在实际应用中任何与预先设置的背景图像的不同差异都可被视为噪声干扰，从而影响检测的准确性，同时其算法可以对背景模板进行实时更新处理，从而便会导致算法复杂程度较高，不易在FPGA上实现；3)帧间差分法是利用图像序列中相邻几帧图像之间的时间差分，使用阈值化方法来提取出运动目标，该算法具有计算简单，受光线影响小，检测速度快等特点，而且其算法不涉及乘除和浮点运算，程序设计简单，对FPGA实现较为合适。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于FPGA的木料分类识别系统和识别方法，来解决帧间差分算法对于移动规则物体在相对平行方向上边缘缺失的问题，进而实现对不同木料的纹理进行识别的功能，解决传统PC机结构复杂和实时性差的问题。
[0006]技术方案：本专利技术提供一种基于FPGA的木料分类识别系统，包括图像采集组件、图像处理组件、图像缓存组件和图像显示组件；所述图像采集组件，包括图像传感器、FPGA硬
件处理平台中的图像采集模块和IIC模块；所述FPGA硬件处理平台与图像传感器相结合，通过编程实现FPGA硬件处理平台对图像传感器的驱动以及数据的传输；所述图像处理组件，包括FPGA硬件处理平台中的格式转换模块、四帧差分模块以及目标识别模块；所述FPGA硬件平台对图像传感器采集并传输的数据进行图像处理；所述图像缓存组件，包括外部SDRAM存储器和FPGA硬件处理平台中的FIFO模块和SDRAM模块；所述FPGA硬件处理平台将实时的图像数据传输到外部SDRAM存储器中进行缓存处理；所述图像显示组件，包括图像显示器和FPGA硬件处理平台中的VGA显示模块；所述FPGA硬件处理平台与图像显示器相连接，通过图像传输接口协议将FPGA硬件平台处理后的数据传输到图像显示器上进行显示。
[0007]进一步的，所述图像采集组件采用IIC驱动程序对图像传感器进行初始化，并配置相应寄存器使其在预设模式下进行采集，然后将采集到的图像数字信号通过图像采集模块传输给格式转换模块。
[0008]进一步的，所述格式转换模块将图像传感器输出的RGB颜色空间转换为YUV颜色空间。
[0009]进一步的，所述四帧差分模块将格式转换之后的灰度图像进行帧间差分操作，包括中值滤波操作、形态学操作和四帧差分操作；
[0010]所述中值滤波操作是对灰度图像数据进行3
×
3窗口的卷积操作，从而实现对窗口内的中值进行获取，将获取的中值作为二值化自适应阈值；
[0011]所述四帧差分操作，包括以下步骤：
[0012]步骤一、首先从图像序列中提取连续四帧的灰度图像P
k
‑3(x,y)，P
k
‑2(x,y)，P
k
‑1(x,y)，P
k
(x,y)，其中，P(x,y)为像素点坐标为(x,y)的值，k
‑
3、k
‑
2、k
‑
1、k分别代表为第k
‑
3帧、第k
‑
2帧、第k
‑
1帧、第k帧灰度图像。
[0013]步骤二、然后将连续四帧的灰度图像进行间隔差分，从而获得差分图像E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)、E
(k
‑
2,k)
(x,y)，E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为第k
‑
3帧和第k
‑
1帧灰度图像的差分值，E
(k
‑
2,k)
(x,y)为第k
‑
2帧和第k帧灰度图像的差分值，可以表示为：
[0014][0015]步骤三、将式中差分图像E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)和E
(k
‑
2,k)
(x,y)与二值化自适应阈值T进行比较，从而获得差分图像的二值化信息，可以表示为：
[0016][0017]其中，B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为表示两帧差分二值化图像，为E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)二值化阈值分割后的二值化图像；若B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为1，表示两帧图像序列中存在运动目标；若B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为0，表示两帧图像序列中无运动目标；
[0018]步骤四、将两次的差分结果进行逻辑“或”运算，提取出运动目标，可以表示为：
[0019][0020]其中，R
(k
‑
3,k
‑
2,k
‑
1,k)
(x,y)表示四帧差分二值化图像，为B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)和B...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的木料分类识别系统，其特征在于，包括图像采集组件、图像处理组件、图像缓存组件和图像显示组件；所述图像采集组件，包括图像传感器、FPGA硬件处理平台中的图像采集模块和IIC模块；所述FPGA硬件处理平台与图像传感器相结合，通过编程实现FPGA硬件处理平台对图像传感器的驱动以及数据的传输；所述图像处理组件，包括FPGA硬件处理平台中的格式转换模块、四帧差分模块以及目标识别模块；所述FPGA硬件平台对图像传感器采集并传输的数据进行图像处理；所述图像缓存组件，包括外部SDRAM存储器和FPGA硬件处理平台中的FIFO模块和SDRAM模块；所述FPGA硬件处理平台将实时的图像数据传输到外部SDRAM存储器中进行缓存处理；所述图像显示组件，包括图像显示器和FPGA硬件处理平台中的VGA显示模块；所述FPGA硬件处理平台与图像显示器相连接，通过图像传输接口协议将FPGA硬件平台处理后的数据传输到图像显示器上进行显示。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的木料分类识别系统，其特征在于，所述图像采集组件采用IIC驱动程序对图像传感器进行初始化，并配置相应寄存器使其在预设模式下进行采集，然后将采集到的图像数字信号通过图像采集模块传输给格式转换模块。3.根据权利要求1所述的基于FPGA的木料分类识别系统，其特征在于，所述格式转换模块将图像传感器输出的RGB颜色空间转换为YUV颜色空间。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的木料分类识别系统，其特征在于，所述四帧差分模块将格式转换之后的灰度图像进行帧间差分操作，包括中值滤波操作、形态学操作和四帧差分操作；所述中值滤波操作是对灰度图像数据进行3
×
3窗口的卷积操作，从而实现对窗口内的中值进行获取，将获取的中值作为二值化自适应阈值；所述四帧差分操作，包括以下步骤：步骤一、首先从图像序列中提取连续四帧的灰度图像P
k
‑3(x,y)，P
k
‑2(x,y)，P
k
‑1(x,y)，P
k
(x,y)，其中，P(x,y)为像素点坐标为(x,y)的值，k
‑
3、k
‑
2、k
‑
1、k分别代表为第k
‑
3帧、第k
‑
2帧、第k
‑
1帧、第k帧灰度图像。步骤二、然后将连续四帧的灰度图像进行间隔差分，从而获得差分图像E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)、E
(k
‑
2,k)
(x,y)，E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为第k
‑
3帧和第k
‑
1帧灰度图像的差分值，E
(k
‑
2,k)
(x,y)为第k
‑
2帧和第k帧灰度图像的差分值，可以表示为：步骤三、将式中差分图像E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)和E
(k
‑
2,k)
(x,y)与二值化自适应阈值T进行比较，从而获得差分图像的二值化信息，可以表示为：其中，B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为表示两帧差分二值化图像，为E
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)二值化阈值分割后
的二值化图像；若B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为1，表示两帧图像序列中存在运动目标；若B
(k
‑
3,k
‑
1)
(x,y)为0，表示两帧图像序列中无运动目标；步骤四、将两次的差分结果进行逻辑“或”运算，提取出运动目标，可以表示为：其中，R
(k
‑
3,k
‑
2,k
‑
1,k)
(x,y)表示四帧差分二值化图像，为B
(k...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锋，刘海波，孙冬生，姚凯文，吴瑞琦，李楠，王如刚，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：