基于OpenCL与FPGA异构模式的Sobel算法研究

随着计算机科学技术的迅速发展,嵌入式领域实时图像处理应用越来越广泛,然而传统硬件因为自身架构导致并行化程度不高,针对在视频监控、机器视觉、视频压缩、医疗影像分析等领域需要对图像进行高性能计算的问题,提出一种以OpenCL软件模型和FPGA异构模式的高性能图像处理解决方案,实现了图像显示和OpenCL加速功能,以Sobel边缘检测算法为研究对象,进行了算法并行性分析,并在系统中运用OpenCL加速内核算法,与基本的ARM平台和OpenCL共享内存加速机制相比较,展开性能测试,对加速效果进行了研究。实验数据表明,使用该系统处理不同分辨率的图像,OpenCL加速子系统的处理较基于片上ARM硬核的软件处理,实现相同功能上有100倍左右的性能提升。     

基于改进Sobel算子的边缘检测算法的研究

针对传统Sobel边缘检测算法对噪声敏感的缺点进行了分析,提出了自适应权值的改进算法,该权值的大小取决于Sobel算子模板内像素灰度值之和。通过不同形式的噪声图像处理对比,结果表明,该算法不仅计算简单,而且具有较强的抗噪能力,对图像边缘有较高的检验精度,极大地改进了图像边缘识别的效果。     

线状目标实时检测算法的研究

提出了一种基于FPGA和DSP的算法并设计了相应的硬件系统,能对大小为256×256像素、帧频为25帧/s的视频图像进行实时处理。即先对输入图像采用改进的Sobel算子提取边缘,再用改进的Hough变换算法进行直线检测。解决了传统的Sobel算子提取的边缘较粗及Hough变换算法计算量大、难以实时实现的难题。     

基于FPGA的点目标滤波检测算法

介绍和分析了在当前成像跟踪系统中常用的几种点目标滤波检测算法。为了满足图像处理实时性要求，设计了一套针对图像滤波算法的FPGA硬件实现结构。该结构具有FPGA高速并行计算能力，能在信号读出的过程中实时地完成多种滤波处理。成像实验证明该方案切实可行，具有良好的实时滤波效果。     

DMA在高速红外图像实时处理系统中的应用

针对某红外成像定位系统对红外序列图像处理和诸如图像去噪、非均匀性校正、图像自适应分割、图像测量、数模解算等算法的实时性能要求，提出采用DSP DMA（存储器直接访问）方式处理系统中的转移和大量交换高效方案。以AD21062和EP1C6组成的数字图像处理系统为例，介绍DMA操作在高速红外实时图像处理系统中的应用，并给出具体的设计。实验表明，该设计方案可以使DSP从大量的数据搬移操作中解脱出来，专门的图像处理算法操作能够有效地提高数字图像处理系统的实时性，解决了系统的瓶颈问题。     

实时图像记录与处理系统

针对图像记录与处理的实时性问题,设计并实现了实时图像记录与处理系统,同时实现了对高速图像采集、海量数据存储和实时图像处理功能。介绍了系统的硬件组成和图像实时记录、处理的软件设计,在实时图像处理中将最小二乘法应用于角点检测,实验结果表明该方法检测精度能达到亚像素级,而且对噪声不敏感,检测稳定性好。     

激光雷达距离像的实时边缘检测

针对激光雷达距离像边缘检测精度低、抗噪性能差和需要人为设定阈值的问题,提出一种改进Sobel算子的边缘检测算法,算法通过增加梯度检测方向提高算法的边缘定位精度,采用中值滤波计算局部距离像边缘阈值,在实现自适应阈值的Sobel边缘检测的同时增强算法的抗噪性能,同时采用FPGA硬件加速,实现算法实时性边缘检测。此外,设计激光雷达距离像采集系统,通过实验验证该算法能够满足高精度实时边缘检测的要求,较好提取距离像的完整边缘信息,具有一定的工程应用价值。     

基于图像处理技术的电能表外观检测系统

为适应智能电能表自动化检定的要求,设计了由图像处理技术完成外观检测功能的系统,实现了外观检查的自动化,解决了人工检测方法工作量大、效果不佳的问题。系统采用高性能CCD相机完成图像采集,确保图像信息丰富完整。利用图像平滑去噪、形态学处理等技术完成图像的预处理,大幅降低后续比对的难度。运用基于高斯金字塔的混合配准算法完成图像配准,最终实现待检图像与模板图像之间匹配程度的检测。该方法检测时间短,正确率高,已成功应用于省级计量中心电能表自动化检定线,满足生产需求。     

基于运动目标尺寸检测的实时图像处理与显示

运动目标尺寸实时检测与显示是运动图像检测和应用视觉研究领域的一个重要课题,而图像处理则是其核心内容;文章针对采集到的图像进行一系列的处理,最终实时显示图像并获得运动目标的尺寸等信息;首先针对采集图像时电子设备的不稳定性和检测模块的不一致性,进行中值滤波和增益校正同时将处理图像实时显示出来;然后对其整体图像进行分割与二值化、角点检测和边缘拟合处理,获得目标的尺寸信息;最后利用VC++将整体处理图像及尺寸信息显示出来,以便于图像理解和模式识别;实验证明,文章提出的算法、软件的设计很好地滤除不相关的目标,保存感兴趣目标,具有良好的实时性、精确性,能够满足当代工业检测设备中的要求。     

基于逆透视变换的车辆排队长度检测方法

交通路口的车辆排队长度检测是智能交通系统的重要组成部分,传统的检测方法易受背景噪声、摄像机透视效果等因素的干扰造成检测失败,而且其实现都是基于串行结构的处理器,不能用于实时处理的场合。本文设计了一种充分利用平直道路几何特征并适合FPGA实现的排队长度自动检测算法,该算法利用逆透视变换消除图像几何失真,引入公路的结构性约束有效检测了车道线;接着采用Sobel边缘算子检测出各车道的车辆轮廓,通过一种基于信息量的度量方法提取排队的队尾,从而确定了车辆排队长度,并且通过硬件化设计使得整个检测过程达到实时的处理速度。     

一种改进的Sobel图像边缘检测算法

边缘检测在数字图像处理和计算机视觉中有着重要的应用。对数字图像处理中具有代表性的Sobel边缘检测算法进行了分析。针对该算法存在检测出的边缘粗且对噪声极其敏感的缺点,提出了一种改进算法。该算法对实际图像中出现的边缘类型进行了数学模型描述,然后把连续型的边缘模型作为研究对象,重新构造了对图像边缘方向进行检测的模板。针对Sobel边缘检测基于一阶导数极大值或二阶导数零交叉而带来的边缘定位准确度不高的缺点,对图像梯度图进行了细化处理。仿真结果表明:该算法对图像噪声干扰有较强的抑制能力,提取的边缘定位准确、结构细腻。     

数字信号处理器红外弱小目标搜索算法

提出了一种基于数字信号处理器（DSP）的红外弱小目标搜索高速实时算法。算法主要针对天空中不规则云团在预处理过程中残留的边缘而设计,是在背景预测算法基础上改进的一种基于陷波滤波器的搜索算法。在DSP实时处理平台上实现并经实际场景试验验证,该算法能有效削弱残留边缘的影响,使最远探测距离指标上升至前向迎头26 km,实时处理速度达到75 Hz,满足系统要求。采用信噪比增益指标对算法进行了评价,结果显示,该算法能够显著提高图像信噪比,利于检测出目标。     

基于改进Sobel算子的动态自动调焦算法研究

为了提高自动调焦算法在动态环境下的性能, 对调焦评价函数和调焦搜索策略进行了研究。在分析人类视觉系统特性研究成果的基础上,提出一种基于8方向Sobel算子边缘加权的调焦评价函数。同时,为了克服传统爬山法搜索速度慢的缺点,采用自适应变步长极值搜索策略,通过仿真实验可知,提出的8方向Sobel边缘检测算子具备良好的边缘提取效果,同时基于此算子结合人类视觉机制特性给予各边缘不同权重系数计算的调焦评价函数, 比经典两方向Sobel算子调焦评价函数具备更好的抗干扰能力。最后搭建基于液体透镜的实验平台,在动态环境下验证改进算法的性能。实验结果表明,提出的自动调焦算法在动态环境下调焦准确率达到97.5%。     

高能闪光照相中Sobel算子的边缘检测方法

 针对高能闪光照相中投影图像的特点,对数字图像处理中具有代表性的Sobel边缘检测算法进行了分析,发现该算法存在检测出的边缘粗和人为进行阈值的选取会造成边缘点的误判的缺点;为此提出了一种阈值确定方法和基于最大梯度的定位准则算法。改进的算法实测结果表明：该方法有效地解决了Sobel算子检测出的边缘过粗的问题,得到的边缘较细,定位精确,提高了边缘检测精度,可用于高能辐射照相中的边缘提取。     

改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测

为提高工业计算机断层扫描(CT)图像亚像素边缘检测的精度和速度,研究了一种改进的Zernike矩边缘检测方法。该方法采用Sobel边缘算子快速检测出图像所有可能的边缘,通过Zernike矩算子对所有可能的边缘进行重新检测,最后,检测出图像的亚像素边缘并计算其精确位置。由于采用Sobel算子检测出可能的边缘使后续Zernike矩算子检测范围缩小,从而减小了运算量,提高了运算速度。对实际CT图像进行的实验结果表明:改进的Zernike矩工业CT图像边缘检测精度绝对误差<0.24 pixel,改进算法的运算速度提高了约70%。     

Real-time application of critical dimension measurement of TFT-LCD pattern using a newly proposed 2D image-processing algorithm

A critical dimension measurement system for TFT-LCD patterns has been implemented in this study. To improve the measurement accuracy, an imaging auto-focus algorithm, fast pattern-matching algorithm, and precise edge detection algorithm with subpixel accuracy have been developed and implemented in the system.The optimum focusing position can be calculated using the image focus estimator. The two-step auto-focusing technique has been newly proposed for various LCD patterns, and various focus estimators have been compared to select a stable and accurate one.Fast pattern matching and subpixel edge detection have been developed for measurement. The new approach, called NEMC, is based on edge detection for the selection of influential points; in this approach, points having a strong edge magnitude are only used in the matching procedure. To accelerate pattern matching, point correlation and an image pyramid structure are combined.Edge detection is the most important technique in a vision inspection system. A two-stage edge detection algorithm has been introduced. In the first stage, a first order derivative operator such as the Sobel operator is used to place the edge points and to find the edge directions using a least-square estimation method with pixel accuracy. In the second stage, an eight-connected neighborhood of the estimated edge points is convolved with the LoG (Laplacian of Gaussian) operator, and the LoG-filtered image can be modeled as a continuous function using the facet model. The measurement results of the various patterns are finally presented.The developed system has been successfully used in the TFT-LCD manufacturing industry, and repeatability of less than 30 nm (3σ) can be obtained with a very fast inspection time.     

EAST 装置边缘局域模细丝宽度的高速CCD可见光相机系统诊断

利用高速CCD 可见光相机系统研究了EAST 上的边缘局域模(ELMs)细丝动力学特性。采用Tsai 两步标定法对CCD 相机进行标定,以实现将CCD 图像坐标转换为真实空间坐标。选取CCD 图像中与边缘局域模细丝垂直方向上的图像灰度值,绘制了灰度分布图。灰度分布图中的一个凸起的尖峰代表了一条边缘局域模细丝结构,细丝的位置坐标由尖峰顶点确定。运用Sobel 边缘检测算子检测细丝边缘轮廓,从而得到细丝的宽度。通过对边缘局域模细丝宽度特性的分析,发现边缘局域模细丝在从最外层封闭磁面向外传播的过程中宽度不断减小。这表明细丝在向外传播的过程中其能量和粒子不断耗散。I-型边缘局域模的细丝宽度比III-型边缘局域模细丝的宽度更大。     

近红外钢轨磨耗检测中的图像处理

对近红外钢轨磨耗检测中实时图像处理方法进行了研究.在断面磨耗检测中,要获取较高精度的磨耗数值,起始点(或称坐标基准)的定位必须准确且误差小.考虑到标准钢轨轨形和实际钢轨磨耗情况,得出了起始点两种可行的定位方式,并就其中的一种用编程实现,仿真处理效果良好,所获取的两关键点的磨耗数值与实测值吻合较好.为了进行实采钢轨轨形与标准轨形的模板比较,讨论了钢轨断面图像的细化问题.这里并没有采用通常的细化算法,而是先利用Roberts算子进行图像的边缘检测,再抽取出光带中心线,大大减少了运算量,提高了运算速度,同时也满足了对轨形细化的要求.断面图像的起始点定位与轨形细化兼顾了处理精度和速度的要求,满足了本系统实时检测的要求.