快速图像几何矩和中心矩快速计算方法技术

本发明专利技术公开一种图像几何矩和中心矩快速计算方法，包括数字滤波器栅格设计、几何矩计算、质心计算和中心矩计算在像素时钟下，将图像数据置入流水线结构设计的数字滤波器栅格中，数字滤波器栅格在像素时钟及四倍频时钟下进行规则迭代计算，将数字滤波器栅格不同节点的输出耦合起来，得到图像的几何矩；质心计算以几何矩计算结果为输入数据、在像素时钟下进行质心计算，将几何矩的输出耦合起来，得几何矩；中心矩计算的输入数据来自几何矩计算和质心计算数据，将几何矩和质心的输出耦合起来，得到图像中心矩。它具有占用逻辑资源少、计算速度快的特点，在目标识别与检测领域具有很好的使用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据处理技术，具体地说是一种图像几何矩和中心矩快速 计算方法，可被应用于图像处理、计算机视觉和模式识别等领域。
技术介绍
矩在统计学中用于表征随机量的分布，对于数字图像，二维离散矩特 征具有旋转和平移不变特性，几何矩和中心矩的快速计算结构设计对于基于RTL(旋转、平移和尺度)不变特性的目标识别与检测、目标成像跟踪、 机器人视觉、模式识别与智能系统领域具有重要的意义。在现有技术中， 图像几何矩和中心矩计算一般处于理论研究阶段，也有人通过软件程序的 执行方式直接应用图像几何矩和中心矩计算公式，实施基于微处理器的串 行计算，但这种方式计算速度慢，不能满足实时性要求较高的场合。
技术实现思路
为了克服基于微处理器的串行计算在图像几何矩和中心矩计算速度 慢，不能满足实时性要求较高的场合应用的问题，本专利技术的目的在于提出 一种具有占用逻辑资源少、计算速度快、延时小特点的快速图像几何矩和 中心矩快速计算方法。本专利技术技术方案包括数字滤波器栅格设计、几何矩计算、质心计算 和中心矩计算在像素时钟下，将图像数据置入流水线结构设计的数字滤波 器栅格中，数字滤波器栅格在像素时钟及其倍频时钟下进行规则迭代计算， 将数字滤波器栅格不同节点的输出耦合起来，得到图像的几何矩；质心计 算以几何矩计算结果为输入数据、在像素时钟下进行质心计算，将几何矩 的输出耦合起来，得几何矩；中心矩计算的输入数据来自几何矩计算和质 心计算数据，将几何矩和质心的输出耦合起来，得到图像中心矩；本专利技术所述规则迭代计算使用流水线结构进行一维迭代处理，再将一 维处理单元进行垂直方向连接，构成二维脉动阵列结构。其中数字滤波器栅格为串联的水平滤波器和垂直滤波器组合结构， 每一滤波器的基本组成是加法器和延迟单元；水平滤波器中的加法器为超 前进位加法器，垂直滤波器中的加法器为进位传送加法器。所述几何矩计算在几何计算单元中进行，由第一 二计算单元组成，第 一计算单元的输入输出关系为C=2B-A;第二计算单元的输入输出关系为 D=6(C-B)+A;所述几何矩计算单元的输出即为图像的三阶以下、含三阶几 何矩；所述质心计算在质心计算单元冲进行，由第三计算单元组成，其输 入输出关系为C二B/A;所述中心矩计算在中心矩计算单元中进行，由第四 七计算单元组成，第四计算单元的输入输出关系为G=F-AE-BD+ABC;第 五计算单元的输入输出关系为D=C-AB;第六计算单元的输入输出关系为 G=F-AE-2BD+2B2C;第七计算单元的输入输出关系为E=D-3AC+2A2B。中心矩计算的输出为图像的三阶以下含三阶中心矩；所述倍频时钟釆 用锁相环电路得到的像素时钟的四倍频。 本专利技术的有益效果是1. 本专利技术图像几何矩和中心矩快速计算方法用于数字图像矩特征的提 取，它采用流水线结构设计，具有计算速度快、功耗低、延时小等优点。2. 本专利技术通过优化的数字滤波器栅格结构设计，实现占用逻辑资源少、 功耗低，在实时性要求较高的场合具有很好的应用价值。附图说明图1为本专利技术几何矩和中心矩快速计算的组成关系框图。图2为本专利技术釆用的数字滤波器原理图。图3为本专利技术实施例数字滤波器栅格设计结构。图4为本专利技术实施例中的第一计算单元原理图。图5为本专利技术实施例中的第二计算单元原理图。图6为本专利技术实施例中的几何矩计算原理图。图7为本专利技术实施例中的第三计算单元原理图。图8为本专利技术实施例中的质心计算原理图。图9为本专利技术实施例中的第四计算单元原理图。图IO为本发实施例中的第五计算单元原理图。图11为本专利技术实施例中的第六计算单元原理图。图12为本专利技术实施例中的第七计算单元原理图。图13为本专利技术实施例中的中心矩计算原理图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术图像几何矩及中心矩快速计算方法，包括数字滤 波器栅格设计、几何矩计算、质心计算和中心矩计算在像素时钟下，将图 像数据置入流水线结构设计的数字滤波器栅格中，数字滤波器栅格在像素 时钟及其倍频时钟下进行规则迭代计算，将数字滤波器栅格不同节点的输 出耦合起来，得到图像的几何矩；质心计算以几何矩计算结果为输入数据、 在像素时钟下进行质心计算，将几何矩的输出耦合起来，得几何矩；中心 矩计算的输入数据来自几何矩计算和质心计算数据，将几何矩和质心的输 出耦合起来，得到图像中心矩。如图3所示，规则迭代计算使用流水线结构进行一维迭代处理，再将 一维处理单元进行垂直方向连接，构成二维脉动阵列结构；本专利技术规则迭 代计算用数字滤波器栅格实质上是一种二维脉动阵列结构。具体如下数字滤波器栅格设计为串联的水平滤波器HF和垂直滤波器VF组合结 构，数字滤波器栅格实质上是串联累加器结构；垂直滤波器的输出(节点4y00、 y01、 y02、 y03、 y10、 yll、 y12、 y20、 y21、 y30)分别连接至几何 矩计算单元。每一滤波器的基本组成是加法器和延迟单元(Z")，参见图2。水平滤 波器HF中的加法器为超前进位加法器，垂直滤波器VF中的加法器为进位 传送加法器。离散的二维图像数据由第一个水平滤波器HF输入(见图3)。数字滤波器栅格工作过程如下对于一幅离散的二维数字图像，第一行数据依次输入水平滤波器HF, 当4个水平滤波器HF全部完成该行数据的累加操作后，节点y0 y3将累加 值向下传递给相应的垂直滤波器VF。然后，4个水平滤波器HF清零，同 时，所有垂直滤波器VF开始进行累加操作。接下来，第二行数据开始输入 水平滤波器HF,然后，重复上面的操作，直到完成整幅图像数据的累加操 作。对于实时数字视频流，垂直累加操作可以在行消隐期间完成；对于缓 存的数字图像，需要为垂直累加操作提供延时周期再开始下一行数据的输 入。数字滤波器栅格结构在4倍于图像数据的时钟下工作，倍频时钟是通 过引入锁相环电路(PLL)得到的。如图4-6所示，几何矩计算在由第一 二计算单元C1 C2组成的几何 计算单元中进行，第一计算单元C1的输入输出关系为C=2B-A;第二计算 单元C2的输入输出关系为D=6(C-B)+A。几何矩计算单元的输出(节点m00 、 m01、 m10、 mll、 m02、 m20、 m21、 m12、 m03、 m30)即为图像的三阶 以下(含三阶)几何矩，几何矩计算单元的输出节点m00、 mOl和mlO连 接至质心计算单元。垂直节点y01 y02经第一计算单元Cl得图像的02阶几何矩m02,输 入输出关系为m02=2 y02- yO 1;垂直节点y01 y03经第二计算单元C2得图像的03阶几何矩m03,输 入输出关系为m03=6(y03-y02)+y01;垂直节点y21、 yll经第一计算单元Cl得图像的21阶几何矩m21,输 入输出关系为m21=2yll-y21;垂直节点yl2、 yll经第一计算单元Cl得图像的12阶几何矩ml2,输 入输出关系为ml2=2yl2-yll;垂直节点y10、 y20经第一计算单元Cl得图像的20阶几何矩m20，输 入输出关系为m20=2 y20- y 10;垂直节点y30、y20、ylO经第二计算单元C2得图像的30阶几何矩m30, 输入输出关系A m30=6(y30-y20)+yl0;垂直节点y00直接构成图像的00阶几何矩mOO;垂直节点y01直接构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像几何矩及中心矩快速计算方法，其特征是：包括数字滤波器栅格设计、几何矩计算、质心计算和中心矩计算在像素时钟下，将图像数据置入流水线结构设计的数字滤波器栅格中，数字滤波器栅格在像素时钟及其倍频时钟下进行规则迭代计算，将数字滤波器栅格不同节点的输出耦合起来，得到图像的几何矩；质心计算以几何矩计算结果为输入数据、在像素时钟下进行质心计算，将几何矩的输出耦合起来，得几何矩；中心矩计算的输入数据来自几何矩计算和质心计算数据，将几何矩和质心的输出耦合起来，得到图像中心矩。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丹，王玉良，李嵩，杨光宇，宫俊玲，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]