CrazyBingo

【连载7.4.4.】动态Sobel阀值的HDL实现

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    完美是没有极限的,前面我们已经实现了固定阀值下,图像的边缘检测结果。不过如何能手动输入,或者控制阀值的大小,那其实更完美一点点。

    既然我们能够在努力一点点,为何要放弃???

    OK,Bingo这里打算教大家使用VIP Mini开发板上的2个按键来,来实现阀值的增大与减小!

    首先在HDL-Logic中已经详细的介绍过按键检测的模块key_counter_scan。这里直接调用该模块,获取key_flag与key_value信号。新建Sobel_Threshold_Adj模块,信号列表如下所示:


`timescale 1ns/1ns

module Sobel_Threshold_Adj

(

  //global clock

  input               clk,        //100MHz

  input               rst_n,      //global reset

 

  //user interface

  input               key_flag,       //key down flag

  input       [1:0]   key_value,      //key control data

 

  output  reg [3:0]   Sobel_Grade,    //Sobel Grade output

  output  reg [7:0]   Sobel_Threshold //lcd pwn signal, l:valid

);

    刚好板卡有2个按键,K1控制Sobel_Threshold的增加,而K2控制Sobel_Threshold的减小。阀值的级别我们设定16级,因此K1、K2控制Sobel_Grade这个变量的增减,如下:


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

//Sobel Threshold adjust with key。

always@(posedge clk or negedge rst_n)

begin

  if(!rst_n)

      Sobel_Grade <= 4'd8;

  else if(key_flag)

      begin

      case(key_value) //{Sobel_Threshold--, Sobel_Threshold++}

      2'b10:  Sobel_Grade <= (Sobel_Grade == 4'd0)  ? 4'd0  : Sobel_Grade - 1'b1;

      2'b01:  Sobel_Grade <= (Sobel_Grade == 4'd15) ? 4'd15 : Sobel_Grade + 1'b1;

      default:;

      endcase

      end

  else

      Sobel_Grade <= Sobel_Grade;

End

    最后,分配每个阀值级的Sobel_Threshold大小,如下所示,从20~90:

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

//Sobel Grade Mapping with Sobel Threshold

always@(posedge clk or negedge rst_n)

begin

  if(!rst_n)

      Sobel_Threshold <= 55;

  else

      case(Sobel_Grade)

      4'h0:   Sobel_Threshold <= 20;

      4'h1:   Sobel_Threshold <= 25;

      4'h2:   Sobel_Threshold <= 30;

      4'h3:   Sobel_Threshold <= 35;

      4'h5:   Sobel_Threshold <= 40;

      4'h6:   Sobel_Threshold <= 45;

      4'h7:   Sobel_Threshold <= 50;

      4'h8:   Sobel_Threshold <= 55;

     

      4'h9:   Sobel_Threshold <= 60;

      4'ha:   Sobel_Threshold <= 65;

      4'hb:   Sobel_Threshold <= 70;

      4'hc:   Sobel_Threshold <= 75;

      4'hd:   Sobel_Threshold <= 80;

      4'he:   Sobel_Threshold <= 85;

      4'hf:   Sobel_Threshold <= 90;

      default:;

      endcase

end

在工程顶层模块中例化相关模块,如下所示:


//Key scan with jitter detect

wire          key_flag;

wire  [1:0]   key_value;

key_counter_scan

#(

  。KEY_WIDTH  (2)

)

u_key_counter_scan

(

  //global

  .clk                (clk_ref),

  。rst_n              (rst_n),

 

  //key interface

  。key_data           (key_data),    

 

  //user interface

  。key_flag           (key_flag),

  .key_value          (key_value)

);

 

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

//Sobel Threshold adjust with key.

wire  [3:0]   Sobel_Grade;

wire  [7:0]   Sobel_Threshold;

Sobel_Threshold_Adj   u_Sobel_Threshold_Adj

(

  //global clock

  .clk                (clk_ref),       //100MHz

  .rst_n              (sys_rst_n),            //global reset

 

  //user interface

  。key_flag           (key_flag),         //key down flag

  .key_value          (key_value),        //key control data

 

  。Sobel_Grade        (Sobel_Grade),      //Sobel Grade output

  .Sobel_Threshold    (Sobel_Threshold)   //Sobel Threshold

);

 

 

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

//The driver of 74HC595

led_74595_driver  u_led_74595_driver

(

  //global clock

  .clk                (clk_ref),

  .rst_n              (sys_rst_n),

 

  //74hc595 interface

  .led595_dout        (led595_dout),  //74hc595 serial data input

  .led595_clk         (led595_clk),   //74hc595 shift clock (rising edge)

  .led595_latch       (led595_latch), //74hc595 latch clock (risign edge)

 

  //user interface

  .led_data           ({4'd0, Sobel_Grade})       //led data input   

);

    从代码分析,可见Bingo将Sobel_Grade发送到了LED显示模块,作为阀值大小的直观显示。

    最后,还是全编译,生成并下载sof文件,重启后用USB_VIP_Panel或者VGA测试测试。调节K2,如下图所示,为Sobel_Threshold=30时的边缘检测结果,此时LED显示10,可见我们得到了更多的边缘细节。

1.jpg

    调节K1,如下图所谓为Sobel_Threshold=90时的边缘检测结果,此时LED显示1111,可见我们得到了更细腻的边缘检测结果。

2.jpg

    Sobel_Threshold的键控方法,不仅仅适用于Sobel边缘检测。在用户设计实现对比度、亮度,以及其他一些需要阀值的算法时,该模块能够很好的进行调试,以获取当前背景光下的最佳选择!

    本节作为在均值/中值滤波的基础上,进一步的VIP图像处理,是本教程中相对复杂度较高的算法,当然仅限于本教程的难度。在视频的跟踪、识别中,边缘检测具有极其重要的作用。通过FPGA硬件加速实现边缘检测视频,获得边缘检测的图像源,势必在VIP领域有极大的作用,请读者掌握这一节的内容。

 

    /****************************************************华丽的分割线**********************************************/

    备注:之前版本提供的代码中,Sobel一开始并没有在中值滤波之后进行处理,这里还是脑补下,在中值滤波前或者后进行Sobel边检检测

3.jpg

    上图左为灰度→Sobel算法后的图像,上图右为灰度→中值滤波→Sobel算法后的图像。由于图像源的问题,效果不是很明朗,但可以从细节观察出右图的早上比左图要少,同时边缘相对要均匀一些。若是要用与某些模式识别等算法中,在中值滤波后的边缘检测结果,由于图像质量的改变,能让结果更令人满意。

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