一种使用axi总线的图像模板匹配装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理领域，特别是图像模式识别领域。
【背景技术】
[0002] 模板匹配方法目前被广泛使用与模式识别、图像处理、目标跟踪、人脸识别、线缆 表观检测等领域。传统模板匹配方法具有计算量大，计算速度慢，数据量大的特点，随着上 述各领域的不断发展，如何提高模板匹配算法的运算速率已经成为研宄的热点。目前大量 的模板匹配算法均采用软件实现，近年来出现了使用DSP、FPGA实现的方案，其中又以FPGA 的硬件实现方案速率最高。但是现有FPGA实现方案存在接口时序不规范、采用浮点运算， 消耗资源多、并行度不高等缺点。
[0003] AXI4总线是AMBA4.0总线的一部分，主要包括用于高性能内存映射的AXI4标 准总线、低速低性能内存映射的AXI4-Lite总线以及高速流数据的AXI4-tream总线。 AXI4-Lite总线主要用于控制信号和低速数据的传输，AXI4-Stream主要用于图像、视频流 等数据的传输。同时，随着今年SoC技术的发展，AXI4总线被广泛地应用于IP互联和软硬 核间数据交换，因此，采用AXI4作为模块接口总线具有较高的实用性和通用性。
【发明内容】
[0004] 本发明针对【背景技术】的不足，设计一种运算功耗小、速度快、效率高、稳定性好、准 确性高、通用性强的使用AXI总线的图像模板匹配装置。
[0005] 本发明一种使用AXI总线的图像模板匹配装置，该装置从AXI4-Stream总线数据 流中得到待匹配字符图像以及模板图像数据，将图像分别存入字符图像FIFO缓存器和模 板图像FIFO缓存器中，然后分别使用平均数模块计算字符图像和模板图像的平均值，同 时将得到的平均值与各像素值利用减法器作差，使用乘法器、累加器和平方器对得到的差 值分别做运算，最后使用比较器和输出控制模块对计算结果进行输出控制，采用AXI4-Lite 总线输出，由此得到模板匹配归一化相关系数。因而本发明一种使用AXI总线的图像模板 匹配装置，包括：输入总线、字符图像缓存器、模板图像缓存器、第一平均数模块、第二平均 数模块、运算模块、寄存器片、输出控制模块、输出总线；其中字符图像缓存器从输入总线数 据流中得到待匹配字符图像，模板图像缓存器从输入总线数据流中得到模板图像数据，第 一平均数模块从字符图像缓存器获得字符图像，并计算获得的字符图像的平均值，第二平 均数模块从模板图像缓存器获得模板图像，并计算获得的模版图像的平均值；运算模块分 别从字符图像缓存器、模板图像缓存器、第一平均数模块、第二平均数模块中获取数据并 运算，获得运算结果后由输出控制模块控制从输出总线输出运算结果；寄存器片用于寄存 运算模块在运算过程中产生的中间数据；
[0006] 所述运算模块包括：运算控制单元、计算单元，其中计算单元包括：2个减法器、2 个乘法器、3个平方器、3个累加器，第一减法器从字符图像缓存器和第一平均数模块获取 同一幅图像的相关数据，并进行运算；第二减法器从模板图像缓存器和第二平均数模块中 获取同一幅图像的相关数据，并进行运算；第一乘法器分别从第一减法器和第二减法器获 得两者的输出数据，并对获得的数据进行运算，第一乘法器的输出数据再依次经过第一累 加器、第三平方器；第一减法器的输出数据还要依次通过第一平方器、第二累加器，第二减 法器的输出数据还要依次通过第二平方器、第三累加器；第二累加器与第三累加器的输出 数据都输入第二乘法器进行运算；第三平方器与第二乘法器的输出数据同时输入除法器， 并运算，第三平方器与第二乘法器的输出数据还要同时输入第三减法器，第三减法器的输 出数据再输入比较器；除法器与比较器的输出数据为运算模块的输出结果。
[0007] 其中所述输入总线采用AXI4_Stream总线。
[0008] 所述输出总线采用AXI4-Lite总线。
[0009] 本发明采用AXI4_Stream作为数据输入总线，采用AXI4_Lite作为数据输出总线， 具有较高的通用性，能被作为单独IP适用于不同应用场合；采用硬件实现模板匹配算法， 运算速度快，效率高；本发明中所有运算均采用定点运算，在消耗较少逻辑资源情况下，可 实现归一化相关系数的准确运算，另外，本发明中所有运算过程均插入流水线缓冲单元，可 以有效提尚并彳丁性。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明一种使用AXI总线的图像模板匹配装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
[0012] 字符图像FIFO缓存模块，缓存模块负责将AXI4-Stream总线上的图像数据搬运至 FIFO缓存，以供后续计算平均数使用。缓存器采用FPGA内置FIFO,图像为灰度图像，因此 缓存数据宽度为8bit，缓存深度根据图像大小而定；缓存模块中还包含AXI4-Stream数据 接收控制器和FIFO写控制器；
[0013] 模板图像FIFO缓存模块，该模块功能与上述模块类似，只是传输的具体数据有所 区别，本模块主要负责将AXI4-Stream总线上的模板图像搬运至FIFO缓存，值得注意的是， 本模块中的FIFO容量应与上述模块中的FIFO容量保持一致；
[0014] 平均数模块，平均数模块用于分别计算字符图像和模板图像的灰度平均值。平均 值计算公式
【主权项】
1. 一种使用AXI总线的图像模板匹配装置，包括：输入总线、字符图像缓存器、模板图 像缓存器、第一平均数模块、第二平均数模块、运算模块、寄存器片、输出控制模块、输出总 线；其中字符图像缓存器从输入总线数据流中得到待匹配字符图像，模板图像缓存器从输 入总线数据流中得到模板图像数据，第一平均数模块从字符图像缓存器获得字符图像，并 计算获得的字符图像的平均值，第二平均数模块从模板图像缓存器获得模板图像，并计算 获得的模版图像的平均值；运算模块分别从字符图像缓存器、模板图像缓存器、第一平均数 模块、第二平均数模块中获取数据并运算，获得运算结果后由输出控制模块控制从输出总 线输出运算结果；寄存器片用于寄存运算模块在运算过程中产生的中间数据； 所述运算模块包括：运算控制单元、计算单元，其中计算单元包括：2个减法器、2个乘 法器、3个平方器、3个累加器，第一减法器从字符图像缓存器和第一平均数模块获取同一 幅图像的相关数据，并进行运算；第二减法器从模板图像缓存器和第二平均数模块中获取 同一幅图像的相关数据，并进行运算；第一乘法器分别从第一减法器和第二减法器获得两 者的输出数据，并对获得的数据进行运算，第一乘法器的输出数据再依次经过第一累加器、 第三平方器；第一减法器的输出数据还要依次通过第一平方器、第二累加器，第二减法器的 输出数据还要依次通过第二平方器、第三累加器；第二累加器与第三累加器的输出数据都 输入第二乘法器进行运算；第三平方器与第二乘法器的输出数据同时输入除法器，并运算， 第三平方器与第二乘法器的输出数据还要同时输入第三减法器，第三减法器的输出数据再 输入比较器；除法器与比较器的输出数据为运算模块的输出结果。
2. 如权利要求1所述的一种使用AXI总线的图像模板匹配装置，其特征在于所述输入 总线采用AXM-Stream总线。
3. 如权利要求1所述的一种使用AXI总线的图像模板匹配装置，其特征在于所述输出 总线采用AXM-Lite总线。
【专利摘要】本发明公开了一种使用AXI总线的图像模板匹配装置。该装置从AXI4-Stream总线数据流中得到待匹配字符图像以及模板图像数据，将图像分别存入字符图像FIFO缓存器和模板图像FIFO缓存器中，然后分别使用平均数模块计算字符图像和模板图像的平均值,同时将得到的平均值与各像素值利用减法器作差，使用乘法器、累加器和平方器对得到的差值分别做运算，最后使用比较器和输出控制模块对计算结果进行输出控制，采用AXI4-Lite总线输出，由此得到模板匹配归一化相关系数。本发明中所有计算过程均采用硬件实现，在计算过程中大量采用触发器对数据流做流水线处理，并对运算过程做了大量优化，能有效提高并行性和计算速率，降低资源消耗。
【IPC分类】G06F13-40, G06K9-00
【公开号】CN104820652
【申请号】CN201510205896
【发明人】张静, 王耀杰, 付大鹏, 谭沛岩, 任程辉, 易少宾, 刘霖, 刘娟秀, 叶玉堂, 刘永
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月28日