一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置

1.本实用新型涉及数字图像处理领域，具体涉及一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置。


背景技术：

2.随着人工智能、计算机网络技术、大数据科学研究的迅猛发展，数字图像捕获和处理技术正在向着更高层次的方向发展，人们对图像处理系统提出了新的要求，图像处理系统的硬件体积越来越小，实时性也越来越好。特别是最近几年，图像的分辨率和扫描频率都有了较大范围的提升，传统基于软件平台的图像处理系统已经很难满足要求，由于图像处理算法的天然并行性，fpga的加入给图像处理带来了新的活力，特别是针对图像处理底层一些并行性的图像处理算法。此外，fpga在一些低成本的机器视觉领域也得到了广泛的应用。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置。
4.为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，包括pll时钟产生模块、人机交互模块、交互信号处理模块、摄像头模块、摄像头初始化模块、电源模块、jtag下载模块、摄像头采集模块、sdram存储控制模块、sdram存储模块、图像处理模块和vga显示模块。其结构特点在于：
5.pll时钟产生模块通过锁相环pll时钟产生生成ov7670正常工作的25mhz时钟，与ov7670摄像头模块相连；
6.摄像头模块采用ov7670，它是一款体积小，工作电压低的图像传感器，提供单片vga摄像头和影像处理器的所有功能，分别与摄像头采集模块、摄像头初始化模块、ppl时钟产生模块相连；
7.摄像头初始化模块划分为sccb接口模块和寄存器配置模块，分别进行程序的设计，这样是为了今后在代码的移植或者升级时更加方便，与摄像头模块和交互信号处理模块相连。
8.摄像头采集模块采集到的图像数据合成16bit，为了消除模糊图像数据，在图像数据的采集过程中，舍弃前十帧数据，保证有效的图像数据，与摄像头模块和存储控制模块相连；
9.sdram存储控制模块采用的是海力士的hy57v2562gtr-75c芯片，用于存储数据且可以通过写入指令来擦除或更改储存的内容，与图像处理模块和摄像头采集模块相连；
10.电源模块采用5v电源通过lm1117芯片转换3.3v电压，为fpga控制模块和sdram存储模块供电；使用ncp1529型专用dc-dc降压器，分别调节电阻r24、r26的参数和r23、r25的参数，转换成输出为2.5v和1.2v的电源；其中2.5v电源为pll电路和jtag下载模块供电，
1.2v电源为fpga内核供电；
11.jtag下载模块采用epcs1si8芯片，将设计好的sof文件下载到fpga中，用于对处理器进行编程；
12.sdram存储模块用于存储中间变量，与sdram存储控制模块相连；
13.图像处理模块包括了进行图像的灰度化、高斯滤波、二值化和边缘检测四个流程做进一步的图像处理算法的实现，分别与信号交互处理模块、存储控制模块和显示器相连；
14.vg显示器模块将通过人机交互模块将所需要的显示效果显示到vga显示器上，与图像处理模块相连；
15.进一步方案是：所述人机交互模块为3个拨码开关，拨码开关的不同组合会出现不同的显示效果，与交互信号处理模块相连。所述交互信号处理模块判断按键的拨码开关是否按下并将其转化为机器码进行传输，与人机交互模块和摄像头初始化模块相连；
16.进一步方案是：所述的图像处理模块采用改进型sobel算子进行边缘检测方法，改善传统sobel算子仅仅对垂直和水平边缘提取，无法检测到其他方向梯度信息而丢失大量边缘信息的问题。
17.一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，包括如下运行过程：
18.按下复位按键后，fpga主控芯片将摄像头采集模块的数据清零，再由摄像头模块采集数据作为输入信号，供fpga芯片进行数据转换；
19.上述转换后的数据由于芯片内部的存储空间有限，需要将转换后的数据送入sdram中存储，供fpga芯片随时调用；
20.根据人机交互模块中的三个功能拨动开关选择，通过vga接口模块将所有扫描点发射在显示屏上，产生不同的显示效果；
21.上述的摄像头采集模块，需要在fpga建立图像捕捉模块，将摄像头采集的图像数据合成为16bit；
22.本实用新型具有积极的效果：(1)本实用新型的一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，设置了三个拨动开关和两个按钮，拨码开关的不同组合会出现不同的显示效果，按钮完成数据清零。(2)本实用新型的一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，采用改进型sobel算子进行边缘检测方法，改善传统sobel算子仅仅对垂直和水平边缘提取，无法检测到其他方向梯度信息而丢失大量边缘信息的问题。(3)本实用新型的一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，可根据用户个人需求在此基础上进行衍生设计，不受限制，应用灵活。
附图说明
23.图1为本实用新型的结构示意图
24.图2为本实用新型fpga控制电路原理图
25.图3为本实用新型sdram存储模块原理图
26.图4为本实用新型ov7670摄像头模块原理图
27.图5为本实用新型人机交互模块原理图
28.图6为本实用新型vga显示屏原理图
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
30.见图1，一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，包括pll时钟产生模块、人机交互模块、交互信号处理模块、摄像头模块、摄像头初始化模块、电源模块、jtag下载模块、摄像头采集模块、sdram存储控制模块、sdram存储模块、图像处理模块和vga显示模块；
31.见图2，fpga主控芯片，作为核心处理器，人机交互实时视频采集与边缘检测装置主控芯片采用altera公司的ep4ce15f23c8n芯片，用于搭载人机交互实时视频采集与边缘检测装置的算法。
32.见图3，sdram存储控制模块采用的是hy57v2562gtr-75c芯片，共三片用于存储数据且可以通过写入指令来擦除或更改储存的内容，a0～a12为芯片地址总线；ba0和ba1用来选择存储单元，与图像处理模块和摄像头采集模块相连；
33.见图4，摄像头采集模块采用ov7670芯片，将系统时钟通过锁相环pll时钟产生模块生成ov7670正常工作的25mhz时钟，最后将采集的8位图像数据送入fpga芯片中合成为16bit的数据图像存储在sdram中；
34.见图5，人机交互模块，设计了三个功能拨动开关，外加一个系统复位按键和摄像头模块使能按键，用于控制显示图像的输出效果和数据清零；
35.见图6，vga接口模块和显示屏模块，采用逐行扫描方式，由屏幕左上方出发逐行向右下方扫描实现对图像信号的显示，用于完成图像处理后数据的显示。
36.结合图1所示，本实用新型的一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置，其工作原理如下：
37.先将一种人机交互实时视频采集与边缘检测装置的程序通过jtag下载至fpga开发板中，并将程序存储在芯片中固有的存储空间中，防止系统掉电丢失程序；
38.按下系统复位按钮完成系统的初始化功能，接着按下摄像头使能按钮完成对摄像头采集数据的初始化，供系统进行后续运作；
39.通过ov7670摄像头模块完成采集图像数据，将采集的图像数据转换传输至图像处理模块进行图像处理算法，分别经过灰度化、高斯滤波、二值化和八个方向的边缘检测处理，通过灰度值的加权平均值对各个模板加权，使边缘检测的效果更好，处理后的图像数据存储在sdram中，供fpga芯片实时调用。
40.根据人机交互模块随意切换各种控制模式信号对应读取sdram图像数据，通过乒乓操作和异步fifo的形式传输至vga显示模块，实现不同的显示效果进行显示；
41.若图5中sw0、sw1和sw2按键同时拨下，此时显示二值化图像处理结果；
42.若图5中sw0开关拨下，同时拨上sw1和sw2开关，此时显示嵌入型边缘检测处理结果；
43.综上所述，用户可以根据三个功能控制按钮查看vga显示屏上相对应的图像数据，通过拨动功能开关比较各个不同处理下的图像显示结果，选择自己所需要的显示的图像数据；
44.以上是对本实用新型的具体实施方式说明，而非对本实施新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，是可以做出各种变换和变化而得到相应的同等的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新型的专利范围。