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適用于板卡型號(hào)：

PGL22G/PGL12G

1. 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

本實(shí)驗(yàn)將在例程“OV5640攝像頭HDMI顯示例程”的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)視頻圖像邊緣檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，我們只需要采集到圖像的棱廓特征的信息，而不需要全部的視頻圖像，這樣就需要用到SOBEL邊緣檢測(cè)的算法。

2. 實(shí)驗(yàn)原理

2.1邊緣檢測(cè)原理和算法

邊緣是圖像最基本的特征，其在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像分析等應(yīng)用中起著重要的作用，這是因?yàn)閳D像的邊緣包含了用于識(shí)別的有用信息，是圖像分析和模式識(shí)別的主要特征提取手段。

在圖像中，“邊緣”指的是臨界的意思。一幅圖像的“臨界”表示為圖像上亮度顯著變化的地方，邊緣指的是一個(gè)區(qū)域的結(jié)束，也是另一個(gè)區(qū)域的開(kāi)始。“邊緣點(diǎn)”指的是圖像中具有坐標(biāo)[x,y]，且處在強(qiáng)度顯著變化的位置上的點(diǎn)。

常用的邊緣檢測(cè)算法大多是以原始圖像灰度值為基礎(chǔ),通過(guò)考察圖像的每個(gè)像素的某個(gè)鄰域內(nèi)灰度的變化,利用邊緣一階或二階導(dǎo)數(shù)的規(guī)律來(lái)檢測(cè)邊緣。下圖左邊為原始的黑白灰度的圖像，通過(guò)邊緣檢測(cè)算法后變成了右邊的圖像。

實(shí)現(xiàn)邊緣檢測(cè)有很多不同的方法，也一直是圖像處理中的研究熱點(diǎn)，人們期望找到一種抗噪強(qiáng)、定位準(zhǔn)、不漏檢、不誤檢的檢測(cè)算法。其中Sobel算子效果較好，邊緣檢測(cè)算法比較簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用中效率比canny邊緣檢測(cè)效率要高，但是邊緣不如Canny檢測(cè)的準(zhǔn)確，但是很多實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)合，sobel邊緣卻是首選，尤其是對(duì)效率要求較高，而對(duì)細(xì)紋理不太關(guān)心的時(shí)候。本實(shí)驗(yàn)就采用Sobel的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻圖像的邊緣檢測(cè)。

2.2 sobel簡(jiǎn)介

sobel是一個(gè)梯度的計(jì)算，如下圖所示，是x和y方向的3x3窗口的卷積。

梯度計(jì)算公式

，簡(jiǎn)化的近似計(jì)算

對(duì)于圖像，如下圖：P1到P9為3x3的9個(gè)像素點(diǎn)，簡(jiǎn)化公式計(jì)算：

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算，我們把算子進(jìn)行簡(jiǎn)化，調(diào)整為如下所示

3. 程序設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是sobel算法的實(shí)現(xiàn)，首先需要一個(gè)3x3的像素窗口，本實(shí)驗(yàn)利用xilinx提供的VHDL程序，做了一個(gè)3行的圖像緩存，這樣就可以輕松實(shí)現(xiàn)3x3的窗口。

然后按照簡(jiǎn)化公式，采用絕對(duì)值的方式計(jì)算sobel。

always@(posedgepclk)begin
	x1<={2'b00,p11}+{2'b00,p31}+{1'b0,p21,1'b0};
	x3?<={2'b00,p13}+{2'b00,p33}+{1'b0,p23,1'b0};
	
	y1?<={2'b00,p11}+{2'b00,p13}+{1'b0,p12,1'b0};
	y3?<={2'b00,p31}+{2'b00,p33}+{1'b0,p32,1'b0};endalways@(posedge?pclk)begin
	abs_x?<=(x1?>x3)?x1-x3:x3-x1;
	abs_y<=(y1?>y3)?y1-y3:y3-y1;
	abs_g<=?abs_x?+?abs_y;end

計(jì)算完成以后，要進(jìn)行簡(jiǎn)單的二值化處理，將sobel值和閾值對(duì)比，產(chǎn)生黑白的二值化圖像。

always@(posedgepclk)begin
	data_out<=(abs_g?>threshold)?8'h00:8'hff;end

4. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1）將攝像頭模塊插入開(kāi)發(fā)板，保證1腳對(duì)齊，1腳在焊盤(pán)形狀和其他引腳是有明顯區(qū)別的，是方形的。

2）連接好HDMI顯示器。

3）下載實(shí)驗(yàn)程序，可以看到只有邊沿信息的黑白視頻輸出。注意：ov5640模塊焦距是可調(diào)的，如果焦距不合適，圖像會(huì)模糊，旋轉(zhuǎn)鏡頭，可以調(diào)節(jié)焦距。攝像頭模塊要輕拿輕放，不要用手觸摸元器件。