本实用新型专利技术公开了一种用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构,属于图像处理技术领域。本实用新型专利技术可配置多功能数据路径结构包括控制参数寄存器、中心控制逻辑、模板参数寄存器组、总线接口、差分运算单元、延迟线组、像素选择阵列、标量函数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元以及阈值分割单元。本实用新型专利技术在数据路径结构中实现最大程度的硬件资源的复用，可配置的特性使得用最少资源增加了硬件的灵活性和应用范围，同时应用流水线的结构使得数据路径的计算能力大大提升。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于图像处理
，更具体地，涉及一种用于红外图像处理的可 配置多功能数据路径结构。
技术介绍
现有的空域滤波类操作都是基于模板或窗口的图像处理操作，因此，这类操作也 可以被称为基于窗口的处理操作。这类操作广泛应用于红外自动目标识别系统的中低层处 理算法中，例如中值、均值和高斯滤波，用于特征匹配的相关性估计、用于提取背景的图像 差分等操作都可以用基于窗口的处理操作来描述。基于窗口的处理操作可用如下计算模型 表不： s = Fe(Fs(A(x, y),B(x, y)))M(x,y) =Fs(A(x,y),B(x,y)) 其中，A(x，y)和B(x，y)表示输入的两个图像操作数；s表示标量结果；FK表示缩 减函数；?5表示标量函数;M(x,y)表示一个图像结果（矩阵）。 这样，基于窗口的处理操作只需要指定三个参量： 窗口模板：模板大小与从输入图像中提取出的窗口大小一致； 缩减函数FK:应用于从输入图像中提取出的窗口，将生成的中间结果窗口缩减到 一个输出结果； 标量函数Fs:作用于每个像素的基本的灰度值。标量函数Fs通常是一组算术逻辑 操作，可以采用一个算术逻辑部件进行执行。即在两个图像之间或一个给定图像上，重复地 执行专门的计算，例如加法、乘法、取绝对值或最大（小）值。 虽然空域滤波类操作的数学表达式很简单，但是其实现过程具有巨大的运算量和 存储器访问量，对以执行串行指令方式工作的处理器造成很大的计算负荷。以其中最常见 的二维卷积运算为例，以大小为7X7的窗口模板与一个512X512的图像进行卷积运算，大 约需要2千5百万次的算数运算和1千万次对原始图像数据的访问。若要对30帧/秒的 图像序列进行实时处理，该二维卷积运算要求处理器计算能力超过每秒1G次操作。这种计 算量使得当前普遍使用处理器运行软件进行计算的方式遇到了速度瓶颈。同时，现有的红 外图像预处理应用往往只针对单一某种算法，缺少对不同算法的硬件复用解决方案。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供一种用于红外图像处理的 可配置多功能数据路径结构，采用专用硬件电路实现窗口操作，满足高性能红外自动目标 识别算法对于实时性的需求。本技术对广泛应用于图像信息处理中的空域滤波类操作 的计算模型进行了分析，可对红外图像进行线性和非线性滤波，形态学滤波、分割等预处理 操作。在此基础上，实现了一种可配置的基于该类操作的VLSI架构，该架构极大地实现片 上运算电路的可配置性，能够进行不同的标量函数和缩减函数运算，能够支持常见图像处 理应用中的不同窗口运算操作，从SoC(SystemonChip,片上系统）角度考虑能够更好地 满足不同的图像处理应用。 本技术提供一种用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构，包括控 制参数寄存器、中心控制逻辑、模板参数寄存器组、总线接口、差分运算单元、延迟线组、像 素选择阵列、标量函数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元以及阈值分割单元，其 中： 所述控制参数寄存器组，用于存储控制工作方式的参数值； 所述中心控制逻辑，用于控制所述数据路径结构中各模块，使其按照配置的方式 进行图像处理操作； 所述模板参数寄存器组，用于存储窗口运算所用的模板参数值，并将存储的参数 传输到所述标量函数运算单元和所述缩减函数运算单元进行运算； 所述总线接口，用于和外部通过总线交互控制信息； 所述差分运算单元，用于对输入数据A和输入数据B进行差分运算，其中，所述输 入数据A为实时被处理的图像数据，所述输入数据B为用于差分运算的参考图像数据； 所述延迟线组，用于对图像数据进行缓存，为窗口运算做准备； 所述像素选择阵列，用于完成图像边缘镜像操作和窗口运算的像素选择操作，并 将选择出的像素数据送入所述标量函数运算单元； 所述标量函数运算单元，用于预处理运算中的标量函数运算步骤； 所述缩减函数运算单元，用于预处理运算中的缩减函数运算步骤； 所述输出生成单元，用于产生特定格式的输出数据，所述特定格式包括帧起始信 号、数据有效信号和图像像素数据； 所述阈值分割单元，用于接收所述输出生成单元的结果，并在所述中心控制逻辑 的控制下生成二值输出数据。 总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有 益效果： (1)本技术由于使用了流水线的数据处理方式，数据处理速度大大增加，数据 吞吐率得到很大改善； (2)本技术在数据路径结构中实现最大程度的硬件资源的复用，可配置的特 性使得用最少资源增加了硬件的灵活性和应用范围，同时应用流水线的结构使得数据路径 的计算能力大大提升。【附图说明】 图1为本技术用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构的结构框图； 图2为本技术差分运算单元的结构示意图； 图3为本技术图像边缘镜像的示意图； 图4为本技术边缘镜像实现的硬件结构示意图； 图5为本技术窗口中心像素处于第一行时的行镜像示意图； 图6为本技术窗口中心像素处于第一列时的列镜像示意图； 图7为本技术标量函数运算单元的具体结构示意图； 图8为本技术缩减函数运算单元的示意图； 图9为本技术缩减函数运算单元的内部结构图； 图10为本技术每行5个元素求最大/最小和中值的单个排序网络的结构示 意图； 图11为本技术5X5窗口 25个元素求最大/最小和中值的排序网络的结构 示意图。【具体实施方式】 为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所 涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 图1所示为本技术用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构的整体 结构框图，其整个结构可分为两大部分：控制逻辑和数据处理逻辑。其中，控制逻辑用于 存储工作参数和控制数据路径结构的工作模式和工作过程，并通过总线接口与外部进行交 互。数据处理逻辑，用于图像预处理的计算。 如图1所示，控制逻辑包括：控制参数寄存器组、中心控制逻辑模板、参数寄存器 组以及总线接口。 其中，控制参数寄存器组，用于存储控制工作方式的参数值，包括工作方式寄存 器，用于存储当前工作方式；变换参数寄存器和最大最小值参数寄存器，用于存储卷积运算 线性变换参数；阈值寄存器，用于存储阈值分割的所用阈值；像素个数寄存器，用于存储当 前处理图像的像素个数。控制参数寄存器组可由外部通过总线接口进行读写，其内各寄存 器组的值输出到中心控制逻辑用于辅助控制数据处理； 中心控制逻辑，用于控制数据路径结构中各模块，使其按照配置的方式进行特定 的图像处理操作，中心控制逻辑的控制信号可控制数据处理逻辑的像素选择阵列、标量函 数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元和阈值分割单元，同时也通过总线接口接收 到的输入数据和控制参数寄存器组的值改变控制模式；模板参数寄存器组，用于存储窗口运算所用的模板参数值，在本技术实施例 中，寄存器组由7X7 (理论上可以选择n为大于等于3的奇数，例如3X3、5X5,n越大则 性能越好，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于红外图像处理的可配置多功能数据路径结构，其特征在于，包括控制参数寄存器、中心控制逻辑、模板参数寄存器组、总线接口、差分运算单元、延迟线组、像素选择阵列、标量函数运算单元、缩减函数运算单元、输出生成单元以及阈值分割单元，其中：所述控制参数寄存器组，用于存储控制工作方式的参数值；所述中心控制逻辑，用于控制所述数据路径结构中各模块，使其按照配置的方式进行图像处理操作；所述模板参数寄存器组，用于存储窗口运算所用的模板参数值，并将存储的参数传输到所述标量函数运算单元和所述缩减函数运算单元进行运算；所述总线接口，用于和外部通过总线交互控制信息；所述差分运算单元，用于对输入数据A和输入数据B进行差分运算，其中，所述输入数据A为实时被处理的图像数据，所述输入数据B为用于差分运算的参考图像数据；所述延迟线组，用于对图像数据进行缓存，为窗口运算做准备；所述像素选择阵列，用于完成图像边缘镜像操作和窗口运算的像素选择操作，并将选择出的像素数据送入所述标量函数运算单元；所述标量函数运算单元，用于预处理运算中的标量函数运算步骤；所述缩减函数运算单元，用于预处理运算中的缩减函数运算步骤；所述输出生成单元，用于产生特定格式的输出数据，所述特定格式包括帧起始信号、数据有效信号和图像像素数据；所述阈值分割单元，用于接收所述输出生成单元的结果，并在所述中心控制逻辑的控制下生成二值输出数据。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：桑红石，何弘，袁雅静，梁巢兵，王文，赵东晓，赵慧，张天序，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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