基于EBAZ4205矿板的图像处理：07sobel边缘检测算法

基于EBAZ4205矿板的图像处理：07sobel边缘检测算法

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先看效果

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如上所见，能够提取图像的边缘，这个sobel边缘检测算法的阈值（认定是否为边缘的阈值）一样是可调的，上图是96，下图是153.
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算法讲解

sobel边缘检测，实际上就是对g=f(x,y)这函数求导，其中x和y是像素点的坐标，g是像素点的灰度值，求导嘛，就是找出像素随着位置变化的梯度，像素数值变化大的地方自然就是图像中的边缘、边界了。

算法的FPGA部署

具体到FPGA中自然还是卷积运算，用滑动窗口模块输出一个滑动窗口的所用像素的像素值，然后和sobel卷积模板进行卷积运算，运算后的结果进行阈值比较，大于阈值的才认为是图像的”边缘” 。

在这里插入图片描述
先是卷积乘法，然后把乘法的结果加在一起。再开方。开方的结果和阈值比较。
这里使用的是韩彬老师开源的代码，他的那本基于MATLAB与FPGA的图像处理教程，强烈推荐。

代码分享

图像处理顶层模块

module video_processor(
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input         frame_clk,    //cmos 像素时钟
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input         frame_rst_n,  
    
    //预处理图像
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input         pre_vsync, //预处理图像场同步信号
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input [23:0]  pre_data,  //预处理图像数据
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input         pre_href,  //预处理图像数据有效信号
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input         pre_frame_ce, //预处理图像时钟使能信号

    //阈值控制
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input [7:0 ]  loc_bin_thresh_coefficient, //来自PS端的局部二值化阈值系数
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) input [7:0 ] sobel_thresh,
        
    //处理后图像
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) output        pos_vsync, //处理后图像场同步信号
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) output [23:0] pos_data,  //处理后图像数据
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) output        pos_href, //处理后图像数据有效信号
    (* X_INTERFACE_IGNORE = "true" *) output        pos_frame_ce //处理后图像时钟使能信号  
);

//wire define 
wire [7:0] gray_data ;
wire       gray_vsync;
wire       gray_frame_ce;
wire       gray_href;

//*****************************************************
//**                    main code
//*****************************************************
//rgb转ycbcr模块
rgb2gray  u_rgb2gray(
    .cmos_frame_clk     (frame_clk      ),
    .cmos_rstn          (frame_rst_n    ),//同步复位
    .cmos_frame_vsync   (pre_vsync      ),
    .cmos_frame_data    (pre_data       ),
    .cmos_frame_href    (pre_href       ),
    .cmos_frame_ce      (pre_frame_ce   ),

    .dataout_frame_vsync(gray_vsync     ),
    .dataout_frame_data (gray_data      ),
    .dataout_frame_href (gray_href      ),
    .dataout_frame_ce   (gray_frame_ce  )
);
//wire define
wire        matrix_frame_vsync;
wire        matrix_frame_href;
wire        matrix_frame_ce;
wire [7:0]  matrix_p11; //3X3 矩阵数据
wire [7:0]  matrix_p12; 
wire [7:0]  matrix_p13;
wire [7:0]  matrix_p21; 
wire [7:0]  matrix_p22; 
wire [7:0]  matrix_p23;
wire [7:0]  matrix_p31; 
wire [7:0]  matrix_p32; 
wire [7:0]  matrix_p33;

 VIP_matrix_generate_3x3_8bit u_VIP_matrix_generate_3x3_8bit(
    .clk                (frame_clk      ), 
    .rst_n              (frame_rst_n    ),
    .per_frame_vsync    (gray_vsync     ),
    .per_frame_href     (gray_href      ), 
    .per_frame_ce       (gray_frame_ce      ),
    .per_img_Y          (gray_data  ),
    
    //输出3x3矩阵
    .matrix_frame_vsync (matrix_frame_vsync ),
    .matrix_frame_href  (matrix_frame_href  ),
    .matrix_frame_ce    (matrix_frame_ce    ),
    .matrix_p11         (matrix_p11),    
    .matrix_p12         (matrix_p12),    
    .matrix_p13         (matrix_p13),
    .matrix_p21         (matrix_p21),    
    .matrix_p22         (matrix_p22),    
    .matrix_p23         (matrix_p23),
    .matrix_p31         (matrix_p31),    
    .matrix_p32         (matrix_p32),    
    .matrix_p33         (matrix_p33)
);
sobel_filter   u_sobel_filter(
    .clk                     (frame_clk             ),
    .rst_n                   (frame_rst_n           ),
    .matrix_img_vsync        (matrix_frame_vsync    ),
    .matrix_img_href         (matrix_frame_href     ),
    .matrix_frame_ce         (matrix_frame_ce       ),
    .sobel_thresh(sobel_thresh),
    .matrix_p11              (matrix_p11            ),
    .matrix_p12              (matrix_p12            ),
    .matrix_p13              (matrix_p13            ),
    .matrix_p21              (matrix_p21            ),
    .matrix_p22              (matrix_p22            ),
    .matrix_p23              (matrix_p23            ),
    .matrix_p31              (matrix_p31            ),
    .matrix_p32              (matrix_p32            ),
    .matrix_p33              (matrix_p33            ),
    .dataout_vsync           (pos_vsync             ),       
    .dataout_href            (pos_href              ),       
    .dataout_gray            (pos_data              ),       
    .dataout_frame_ce        (pos_frame_ce          ));
endmodule

我的vitis的代码

//作者：抢公主的大魔王
//功能：sobel边缘检测
//日期：24.5.17
//版本：1v0
//联系方式：2376635586@qq.com
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "xil_types.h"
#include "xil_cache.h"
#include "xparameters.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xscugic.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xplatform_info.h"
#include "xaxivdma.h"
#include "xaxivdma_i.h"
#include "display_ctrl_hdmi/display_ctrl.h"
#include "vdma_api/vdma_api.h"
#include "emio_sccb_cfg/emio_sccb_cfg.h"
#include "ov5640/ov5640_init.h"
#include "sleep.h"
#include "xuartps.h"
#include "string.h"

//宏定义
#define DYNCLK_BASEADDR  	XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR  //动态时钟基地址
#define VDMA_ID          	XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID    //VDMA器件ID
#define DISP_VTC_ID      	XPAR_VTC_0_DEVICE_ID        //VTC器件ID
#define UART_DEVICE_ID     XPAR_PS7_UART_0_DEVICE_ID    //串口设备ID
#define UART_INT_IRQ_ID    XPAR_XUARTPS_0_INTR          //串口中断ID
#define THRESHOLD_BASEADDR 	XPAR_AXICTRLTHRESHOLD_0_S00_AXI_BASEADDR

#define EMIO_SCL_NUM 54
#define EMIO_SDA_NUM 55
#define KEY1 56 //T19
#define KEY2 57 //P19
#define KEY3 58 //U20
#define KEY4 59 //U19
#define KEY5 60 //V20
#define LED1 61 //H18
#define LED2 62 //K17
#define LED3 63 //E19

#define GPIO_DEVICE_ID  	XPAR_XGPIOPS_0_DEVICE_ID
XGpioPs Gpio;
#define GPIO_BANK	XGPIOPS_BANK0  /* Bank 0 of the GPIO Device */
#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define GPIO_INTERRUPT_ID	XPAR_XGPIOPS_0_INTR

//全局变量
//frame buffer的起始地址
unsigned int const frame_buffer_addr = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR
										+ 0x1000000);
//u8 binary_threshold = 128;
u8 sobel_threshold = 153;

XAxiVdma     vdma;
DisplayCtrl  dispCtrl;
VideoMode    vd_mode;


void Gpio_Init(void){
	XGpioPs_Config *ConfigPtr;

	ConfigPtr = XGpioPs_LookupConfig(GPIO_DEVICE_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&Gpio, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED1, 1);
	XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, 0);

}


int main(void)
{
	u32 status;
	u16 cmos_h_pixel;                    //ov5640 DVP 输出水平像素点数
	u16 cmos_v_pixel;                    //ov5640 DVP 输出垂直像素点数
	u16 total_h_pixel;                   //ov5640 水平总像素大小
	u16 total_v_pixel;                   //ov5640 垂直总像素大小


	cmos_h_pixel = 1280;
	cmos_v_pixel = 720;
	total_h_pixel = 2570;
	total_v_pixel = 980;

	emio_init();//控制hdmi的emio初始化
	//xil_printf("Uart and Key is init successful! \r\n");
	//xil_printf("ov5640 is initing! \r\n");
	status = ov5640_init( cmos_h_pixel,  //初始化ov5640
						  cmos_v_pixel,
						 total_h_pixel,
						 total_v_pixel);//设置OV5640输出分辨率为1280*720  PCLK = 72Mhz
	if(status == 0)
		;
		//xil_printf("OV5640 init successful!\r\n");
	else
		xil_printf("OV5640 detected failed!\r\n");
	xil_printf("Uart and OV5640 is init successful! \r\nInput any to run!\r\n");
	sleep(1);
	vd_mode = VMODE_1280x720;

	//配置VDMA
	run_vdma_frame_buffer(&vdma, VDMA_ID, vd_mode.width, vd_mode.height,
							frame_buffer_addr,0,0,BOTH);
    //初始化Display controller
	DisplayInitialize(&dispCtrl, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR);
    //设置VideoMode
	DisplaySetMode(&dispCtrl, &vd_mode);
	DisplayStart(&dispCtrl);
	Gpio_Init();//按键和led的初始化
	//Xil_Out32(THRESHOLD_BASEADDR, binary_threshold);
	Xil_Out32(THRESHOLD_BASEADDR+4, sobel_threshold);
	while(1){

		XGpioPs_WritePin(&Gpio, LED1, !XGpioPs_ReadPin(&Gpio, LED3));
		sleep(1);
	}
    return 0;
}

可以参考我的前几篇博客，把那个sobel阈值改成能用串口实时调节的数值，是完全可以实现的。

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