一种图像算法的调试方法及系统

技术领域

本发明涉及图像算法技术领域，具体为一种图像算法的调试方法及系统。

背景技术

数字图像处理与计算机、多媒体、智能机器人、专家系统等技术的发展密切相关。伴随着计算机在处理图像方面智能化技术的飞速发展趋势，几乎不存在与数字图像处理技术无关的技术领域，比如，应用于生命科学、卫星遥感、航天航空、工业、军事公共安全等范畴中。因此，对于具备实时性和高效性等特点的数字图像处理系统的设计变得越来越重要了，相对而言，传统的通过软件来完成数字图像处理系统的设计已经不能很好满足设计者的需求。另一方面，随着半导体技术的飞速发展，已经进入深亚微米(小于30nm)领域的硅加工技术，能够实现数量在上百万乃至上千万的门级电路集成在一片芯片的设计，因此通过各种硬件开发工具的使用，可以很好地解决数字图像处理技术难以突破的速度问题。

数字图像处理的数据量非常庞大，当处理一幅图像时，算法执行的时间很长，因此对于高性能的图像处理系统的实现是非常必要的，但传统的图像算法速度慢，精准度不高，工作量大，效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种图像算法的调试方法及系统，解决了传统的图像算法速度慢，精准度不高，工作量大，效率低的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种图像算法的调试方法及系统，包括数字图像处理系统和图像算法调试系统，所述数字图像处理系统包括图像算法处理子系统、数据传输子系统、上位机数据处理，所述图像算法处理子系统包括存储模块、运算单元以及控制模块，所述数据传输子系统包括异步FIF0数据传输模块和串口通信模块，所述图像算法处理子系统的运行步骤：

存储模块：存储预先准备的灰度图像数据；

运算单元：读取存储后的ROM中数字图像灰度数据、数字图像算法的实现以及数据的输出；

控制模块：可控制单元配合运算单元从ROM中读取数据，并且控制运算单元进行图像处理算法的实现。

优选的，所述数据传输子系统的异步FIFO数据传输模块的运行步骤：

写数字电路：地址产生逻辑模块；

读数字电路：地址产生逻辑模块，通过读写数字电路地址设计同步检测模块；

双口ROM模块：写时钟上升沿到来时，在写信号的控制下，对ROM进行写数据操作；读时钟上升沿到来时，在读信号的控制下，对ROM进行读数据操作。所述图像调试系统的算法包括线性空间滤波器、非线性空间滤波器、最大滤波器和最小滤波器，通过滤波产生的一个新像素，该像素值就是新创建图像中的对应位置的像素值，滤波器的中心访问输入图像中的每个像素，得到滤波处理后的数字图像，得到最优滤波算法。

优选的，所述线性空间滤波器通过均值滤波算法采用标准均值滤波器模板，分辨率在[0.1％，1％]范围内，以0.1％为间隔的10种不同的高斯噪声浓度，完成三种方式实现均值滤波算法：基于matlab的均值滤波算法实现、基于FPGA单模板的均值滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的均值滤波算法实现，记录三种方式处理数字图像，通过均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值判断。

优选的，所述非线性空间滤波器采用快速中值滤波器实验采用3*3中值滤波器模板，采用3级比较输出中值，其输入数据为滤波器掩膜所涵盖的灰度图像数据，对分辨率为192.192的Lena图像添加在[1％，28％]范围内以3％为间隔的10种不同的椒盐噪声浓度，进行10次实验，完成了三种方式实现均值滤波算法：基于matlab的快速中值滤波算法实现、基于FPGA单模板的快速中值滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的快速中值滤波算法实现，记录三种方式处理数字图像，通过均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值判断。

优选的，所述最大滤波器和最小滤波器采用3*3窗口的最大值和最小值滤波器模板，分别对分辨率为192.192的Lena图像添加在[1％，28％]范围内以3％为间隔的10种不同的胡椒和盐粒噪声浓度，进行10次实验，完成了三种方式实现均值滤波算法：基于matlab的最大值和最小值滤波算法实现、基于FPGA单模板的最大值和最小值滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的最大值和最小值滤波算法实现，记录三种方式处理数字图像，通过均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值判断。

优选的，所述基于matlab的空间滤波算法实现、基于FPGA单模板的空间滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的空间滤波算法实现，通过记录三种方式处理数字图像，均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值和算法运行的时间，通过对比验证了基于FPGA并行双模板的空间滤波算法调试更优。

本发明还提供一种图像算法的调试方法，应用于上述的系统，所述方法包括：获取图像算法处理后的视频数据；对视频数据进行分析，以根据分析结果确定是否需要对所述图像算法进行调整；在视频数据中标注分析结果，或标注分析结果和调整结果，并将被标注的视频数据输出至显示器。

本发明提供了一种图像算法的调试方法及系统，具备以下有益效果：

1、本发明采用现场可编程门阵列(FPGA)，它具有高速和并行处理性能，还具有可编程、高集成度、高可靠性等优点，设计者可以根据自身设计系统的功能，修改配置信息完成相应的功能以满足设计者的设计要求，FPGA可以通过原理图设计或硬件语言编程完成相应的电路逻辑功能设计，之后设置对应万方数据的I/O端口，实际是将设计放在FPGA芯片上进行，与传统的电路设计方法相比，FPGA实现了可编程、高速且并行执行的特点，同时还具备高可靠性，改变了原来的电路板设计思路，对电路系统设计的稳定性、工作量、难度、有效性、灵活性和效率都有了很大的改善基于FPGA并行双模板的图像处理算法算法实现，在保证图像处理精度的前提下，通过实验验证了该策略在图像处理算法实现方式在时间上的优化是可行的。

2、本发明采用了一个通用可重复配置的图像算法处理系统，系统由多个相互独立的，具有完成某个特定功能的模块组成，当需要对某个模块的功能作进一步的完善时，对模块的相应部分做修改即可，需要保证所做的修改方案是正确的、可行的，就不会影响整个系统的中其他模块，由于系统具有通用性、可重复配置性，这对本文的研究提供了巨大的方便，减少了图像处理算法硬件实现的工作量。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2位数据传输模块流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种图像算法的调试系统，包括数字图像处理系统和图像算法调试系统，数字图像处理系统包括图像算法处理子系统、数据传输子系统、上位机数据处理，图像算法处理子系统包括存储模块、运算单元以及控制模块，数据传输子系统包括异步FIF0数据传输模块和串口通信模块，所述图像算法处理子系统执行如下：由存储模块存储预先准备的灰度图像数据；由运算单元读取存储后的ROM中数字图像灰度数据、数字图像算法的实现以及数据的输出；由控制模块的可控制单元配合运算单元从ROM中读取数据，并且控制运算单元进行图像处理算法的实现。

采用现场可编程门阵列(FPGA)，它具有高速和并行处理性能，还具有可编程、高集成度、高可靠性等优点，设计者可以根据自身设计系统的功能，修改配置信息完成相应的功能以满足设计者的设计要求，FPGA可以通过原理图设计或硬件语言编程完成相应的电路逻辑功能设计，之后设置对应万方数据的I/O端口，实际是将设计放在FPGA芯片上进行，与传统的电路设计方法相比，FPGA实现了可编程、高速且并行执行的特点，同时还具备高可靠性，改变了原来的电路板设计思路，对电路系统设计的稳定性、工作量、难度、有效性、灵活性和效率都有了很大的改善基于FPGA并行双模板的图像处理算法算法实现，在保证图像处理精度的前提下，通过实验验证了该策略在图像处理算法实现方式在时间上的优化是可行的。

数据传输子系统的异步FIFO数据传输模块的运行步骤：

Sp1：写数字电路地址产生逻辑模块；

Sp2：读数字电路地址产生逻辑模块；

Sp3：通过读写数字电路地址设计同步检测模块；

Sp4：选用双口ROM模块，写时钟上升沿到来时，在写信号的控制下，对ROM进行写数据操作；读时钟上升沿到来时，在读信号的控制下，对ROM进行读数据操作。图像调试系统的算法包括线性空间滤波器、非线性空间滤波器、最大滤波器和最小滤波器，通过滤波产生的一个新像素，该像素值就是新创建图像中的对应位置的像素值，滤波器的中心访问输入图像中的每个像素，得到滤波处理后的数字图像，得到最优滤波算法。

线性空间滤波器通过均值滤波算法采用标准均值滤波器模板，分辨率在[0.1％，1％]范围内，以0.1％为间隔的10种不同的高斯噪声浓度，完成三种方式实现均值滤波算法：基于matlab的均值滤波算法实现、基于FPGA单模板的均值滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的均值滤波算法实现，记录三种方式处理数字图像，通过均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值判断。

非线性空间滤波器采用快速中值滤波器实验采用3*3中值滤波器模板，采用3级比较输出中值，其输入数据为滤波器掩膜所涵盖的灰度图像数据，对分辨率为192.192的Lena图像添加在[1％，28％]范围内以3％为间隔的10种不同的椒盐噪声浓度，进行10次实验，完成了三种方式实现均值滤波算法：基于matlab的快速中值滤波算法实现、基于FPGA单模板的快速中值滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的快速中值滤波算法实现，记录三种方式处理数字图像，通过均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值判断。

最大滤波器和最小滤波器采用3*3窗口的最大值和最小值滤波器模板，分别对分辨率为192.192的Lena图像添加在[1％，28％]范围内以3％为间隔的10种不同的胡椒和盐粒噪声浓度，进行10次实验，完成了三种方式实现均值滤波算法：基于matlab的最大值和最小值滤波算法实现、基于FPGA单模板的最大值和最小值滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的最大值和最小值滤波算法实现，记录三种方式处理数字图像，通过均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值判断。

基于matlab的空间滤波算法实现、基于FPGA单模板的空间滤波算法实现以及基于FPGA并行双模板的空间滤波算法实现，通过记录三种方式处理数字图像，均方误差、峰值信噪比、改善信噪比以及平均绝对误差的值和算法运行的时间，通过对比验证了基于FPGA并行双模板的空间滤波算法调试更优。

空间滤波器由一个邻域(典型地是一个较小的矩形)，对该邻域所包围的图像像素执行的预定义操作组成，通常空间滤波器也称为空间掩膜、核、模板、或窗口。滤波产生的一个新像素，该像素值就是新创建图像中的对应位置的像素值，滤波器的中心访问输入图像中的每个像素，得到滤波处理后的数字图像。线性空间滤波器是指通过线性操作完成图像算法处理的空间滤波器，反之如果执行的是非线性操作，则该滤波器为非线性空间滤波器。非线性空间滤波器通常也称为统计排序滤波器，该滤波器的输出响应以滤波器模板所覆盖的图像区域中所包含的像素的排序为基础，之后使用统计排序结果决定的值取代中心像素的值。

采用了一个通用可重复配置的图像算法处理系统，系统由多个相互独立的，具有完成某个特定功能的模块组成，当需要对某个模块的功能作进一步的完善时，对模块的相应部分做修改即可，需要保证所做的修改方案是正确的、可行的，就不会影响整个系统的中其他模块，由于系统具有通用性、可重复配置性，这对本文的研究提供了巨大的方便，减少了图像处理算法硬件实现的工作量。

一种图像算法的调试方法包括：第一步获取图像算法处理后的视频数据；第二步对视频数据进行分析，以根据分析结果确定是否需要对所述图像算法进行调整；第三步在视频数据中标注分析结果，或标注分析结果和调整结果，并将被标注的视频数据输出至显示器。

一种图像算法的调试装置包括：上位机、显示屏和服务器，所述服务器内部包括信息存储模块、信息接收模块、信息发送模块和视频分析模块，通过视频分析模块对信息存储模块内部的视频信息分析，视频传送至上位机的显示屏中，通过调试方法对图像信息调试。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。