一种基于卷积算法的图像处理方法及芯片技术

本发明专利技术公开一种基于卷积算法的图像处理方法及芯片，该图像处理方法包括：步骤A、先后利用快速傅里叶变换及快速傅里叶逆变换，来控制图像模板与待处理图像以在对应频域内相乘的形式获得对应空间域内的卷积结果元素；步骤B、若存在一个卷积结果元素满足预设灰度值条件，则将该卷积结果元素在待处理图像内对应的像素点的灰度值设置为预设目标灰度值。降低计算时间的复杂度，也减少像素点处理数据量，保证图像处理的实时性。证图像处理的实时性。证图像处理的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卷积算法的图像处理方法及芯片


[0001]本专利技术涉及图像处理的
，具体涉及一种基于卷积算法的图像处理方法及芯片。

技术介绍

[0002]膨胀算法是多种图像形态学算法中的基础的一种算法，膨胀算法是在图像上将与待处理的区域接触的所有背景像素点合并到该待处理区域中，使待处理区域的边界向外部扩张。因此，膨胀算法的主要用途有：消除噪声、分割出独立的图像像素点、在图像中连接相邻的像素点、寻找图像中明显的极大值或极小值区、求出图像的梯度等。
[0003]本领域技术人员容易理解的是，在膨胀和腐蚀操作的最基本组成部分设计出一个结构元素，用于测试输出图像，通常要比待处理的图像小还很多。其中，二维平面的结构元素由矩阵组成，结构元素的原点指定了图像中需要处理的像素范围。
[0004]在结构元素覆盖的图像区域内，可能会以一个灰度值为A的像素点(x，y)为搜索中心，将搜索中心的邻域内的任意像素点的灰度值都设置为B，此时，将灰度值设置为B的常规方式是逐行逐列将结构元素覆盖的图像区域内所有像素点的灰度值都设置为B，或结构元素与其覆盖的二值图像(待处理的图像转换而来的)对应的区域进行特定的逻辑运算以将灰度值为A的像素点(x，y)的邻域上的像素点的灰度值都设置为B，往往会使灰度值为B的像素点相对扩大一圈。但是，前述算法应用于遍历完整幅图像时所产生的时间复杂度会呈指数增长，从而在较大图像上进行膨胀计算时，所花费的时间较长，无法有效应用于对实时性和可变性要求较高的图像处理领域。

技术实现思路

[0005]为了减少图像膨胀计算及相关联的图像处理算法所耗费的时间复杂度，本专利技术公开一种基于卷积算法的图像处理方法及芯片，提高图像处理的实时性。具体的技术方案如下：
[0006]一种基于卷积算法的图像处理方法，包括：步骤A、先后利用快速傅里叶变换及快速傅里叶逆变换，来控制图像模板与待处理图像以在对应频域内相乘的形式获得对应空间域内的卷积结果元素；步骤B、若存在一个卷积结果元素满足预设灰度值条件，则将该卷积结果元素在待处理图像内对应的像素点的灰度值设置为预设目标灰度值。
[0007]进一步地，所述步骤B具体包括:若检测到所述卷积结果元素的数值是大于0，则将该卷积结果元素对应的图像模板的中心在所述待处理图像内覆盖的像素点的灰度值设置为所述预设目标灰度值。
[0008]进一步地，在所述步骤B中，包括：若检测到所述卷积结果元素的数值是大于0，则确定该卷积结果元素对应的图像模板在所述待处理图像中框定的图像区域内存在灰度值为预设搜索值的像素点，进而确定当前执行的步骤A所获得的一个卷积结果元素满足所述预设灰度值条件；其中，该卷积结果元素对应的图像模板是配置为以矩阵卷积运算为目的
而支持在所述待处理图像内平移的卷积模板。
[0009]进一步地，所述图像模板是以矩阵的形式存在的一种卷积核，所述图像模板中存在数值为1的矩阵元素和数值为0的矩阵元素，其中，数值为1的矩阵元素在所述图像模板中分布的位置特征决定所述待处理图像内实际参与图像处理的像素点。
[0010]进一步地，在所述图像模板内，数值为1的矩阵元素组成的形状是定义为所述图像模板的形状。
[0011]进一步地，所述预设搜索值是大于0；或者所述预设搜索值按照预设像素值函数换算出的映射值是1。
[0012]进一步地，所述步骤A具体包括：利用二维离散傅里叶变换将所述待处理图像从空间域变换至频域，获得第一参数矩阵；利用二维离散傅里叶变换将所述图像模板从空间域变换到频域，获得第二参数矩阵；将第一参数矩阵的每个矩阵元素分别与第二参数矩阵中相应矩阵位置的矩阵元素相乘，获得第三参数矩阵；利用二维离散傅里叶逆变换将第三参数矩阵从频域变换至空间域，获得卷积结果矩阵，以实现控制图像模板与待处理图像以在对应频域内相乘的形式获得对应空间域内的卷积结果元素；其中，前述对应空间域内的卷积结果元素排列为卷积结果矩阵；一个卷积结果元素在所述卷积结果矩阵内的相对位置与同一个卷积结果元素对应的图像模板的中心在所述待处理图像内的相对位置相同；前述的相对位置是一个矩阵元素相对于所属矩阵的一个固定边角点位置的矩阵元素的位置关系。
[0013]进一步地，所述图像模板被等效配置为：所述图像模板在所述待处理图像内平移的过程中，所述图像模板的中心每覆盖到所述待处理图像的一个像素点，则由所述图像模板自身存在的元素与所述图像模板当前框定的图像区域内的像素点进行矩阵卷积运算，获得一个所述卷积结果元素；直到所述图像模板的中心遍历完所述待处理图像内所有像素点后，所有经过矩阵卷积运算获得的卷积结果元素组成一个输出矩阵，等于所述卷积结果矩阵；其中，所述图像模板内所有的元素是预先配置的；所述待处理图像内所有的元素也是预先配置的。
[0014]进一步地，当检测到一个卷积结果元素的数值是大于0时，该卷积结果元素对应的图像模板的中心在所述待处理图像内覆盖的像素点的邻域内存在所述灰度值为预设搜索值的像素点。
[0015]进一步地，所述第一参数矩阵中的每个矩阵元素都是以二维离散傅里叶变换形式描述的傅里叶系数；所述第二参数矩阵中的每个矩阵元素都是以二维离散傅里叶变换形式描述的傅里叶系数；所述第三参数矩阵的行数、所述第二参数矩阵的行数和所述第一参数矩阵的行数都相等；所述第三参数矩阵的列数、所述第二参数矩阵的列数和所述第一参数矩阵的列数都相等；所述卷积结果矩阵的行数与所述待处理图像对应的像素矩阵的行数相等；所述卷积结果矩阵的列数与所述待处理图像对应的像素矩阵的列数相等。
[0016]一种芯片，该芯片存储有所述一种基于卷积算法的图像处理方法对应的程序代码。
[0017]进一步地，所述芯片集成卷积硬件加速器，用于将所述待处理图像和所述图像模板之间的矩阵卷积运算转换为两个序列之间的卷积运算；其中，每个序列中的每个元素是所述卷积硬件加速器将对应的矩阵的一行元素作一维离散傅里叶变换的结果、或者所述卷积硬件加速器将对应的矩阵的一列元素作一维离散傅里叶变换的结果；每个序列中的每个
元素都是由卷积硬件加速器作并行处理而获得。
[0018]进一步地，所述芯片集成卷积硬件加速器，用于在所述待处理图像在频域上的变换值与对应参与矩阵卷积运算的图像模板在对应频域上的变换值相乘并输出一个参数矩阵后，先将参数矩阵的每一行元素并行地作一维离散傅里叶逆变换，获得一个中间结果序列，再将该中间结果序列的每一列元素并行地作一维离散傅里叶逆变换，最后获得一个卷积结果矩阵，以完成二维离散傅里叶逆变换；或者，用于在所述待处理图像在频域上的变换值与对应参与矩阵卷积运算的图像模板在对应频域上的变换值相乘并输出一个参数矩阵后，先将参数矩阵的每一列元素并行地作一维离散傅里叶逆变换，获得一个中间结果序列，再将该中间结果序列的每一行元素并行地作一维离散傅里叶逆变换，最后获得一个卷积结果矩阵。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：一方面，针对图像模板和待处理图像的经过快速傅里叶变换而得到的等效卷积结果，在图像模板的中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卷积算法的图像处理方法，其特征在于，包括：步骤A、利用快速傅里叶变换及快速傅里叶逆变换，来控制图像模板与待处理图像以在对应频域内相乘的形式获得对应空间域内的卷积结果元素；步骤B、若存在一个卷积结果元素满足预设灰度值条件，则将该卷积结果元素在待处理图像内对应的像素点的灰度值设置为预设目标灰度值。2.根据权利要求1所述图像处理方法，其特征在于，所述步骤B具体包括:若检测到所述卷积结果元素的数值是大于0，则将该卷积结果元素对应的图像模板的中心在所述待处理图像内覆盖的像素点的灰度值设置为所述预设目标灰度值。3.根据权利要求2所述图像处理方法，其特征在于，在所述步骤B中，包括：若检测到所述卷积结果元素的数值是大于0，则确定该卷积结果元素对应的图像模板在所述待处理图像中框定的图像区域内存在灰度值为预设搜索值的像素点，进而确定当前执行的步骤A所获得的一个卷积结果元素满足所述预设灰度值条件；其中，该卷积结果元素对应的图像模板是配置为以矩阵卷积运算为目的而支持在所述待处理图像内平移的卷积模板。4.根据权利要求3所述图像处理方法，其特征在于，所述图像模板是以矩阵的形式存在的一种卷积核，所述图像模板中存在数值为1的矩阵元素和数值为0的矩阵元素，其中，数值为1的矩阵元素在所述图像模板中分布的位置特征决定所述待处理图像内实际参与图像处理的像素点。5.根据权利要求4所述图像处理方法，其特征在于，在所述图像模板内，数值为1的矩阵元素组成的形状是定义为所述图像模板的形状。6.根据权利要求4所述图像处理方法，其特征在于，所述预设搜索值是大于0；或者所述预设搜索值按照预设像素值函数换算出的映射值是1。7.根据权利要求2至6任一项所述图像处理方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：利用二维离散傅里叶变换将所述待处理图像从空间域变换至频域，获得第一参数矩阵；利用二维离散傅里叶变换将所述图像模板从空间域变换到频域，获得第二参数矩阵；将第一参数矩阵的每个矩阵元素分别与第二参数矩阵中相应矩阵位置的矩阵元素相乘，获得第三参数矩阵；利用二维离散傅里叶逆变换将第三参数矩阵从频域变换至空间域，获得卷积结果矩阵，以实现控制图像模板与待处理图像以在对应频域内相乘的形式获得对应空间域内的卷积结果元素；其中，前述对应空间域内的卷积结果元素排列为卷积结果矩阵；一个卷积结果元素在所述卷积结果矩阵内的相对位置与同一个卷积结果元素对应的图像模板的中心在所述待处理图像内的相对位置相同；前述的相对位置是一个矩阵元素相对于所属矩阵的一个固定边角点位置的矩阵元素的位置关系。8.根据权利要求7所述图像处理方法，其特征在于，所述图像模板被等效配置为：所述图像模板在所述待处理图像内平移的过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一帆，黄惠保，陈锦杰，游思遐，张子倩，
申请(专利权)人：珠海一微半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：