基于CNN的红外图像预处理系统的研究与设计

文章摘要：图9 RGB2YCbCr模块仿真输出同理，可以采用方案2，即FPGA芯片内的嵌入式RAM构造乘法器查找表，可以实现YCbCr向RGB的颜色空间转换。波形仿真如图10所示。由波形图可以看到，相比于输入，输出结果延迟3个时钟周期出现，这是使用寄存器锁存造成的结果。例如输入（Y，Cb， Cr）=（944，514，514），在3个时钟周期后输出（R，G，B）=（1023，1021，1023）。虽然输出延迟了3个时钟周期，但每计算一个像素颜色转换仍只需要1个时钟周期。图10 YCbCr2RGB模块仿真输出3.3 细胞神经网络的IP核设计 根据CNN的理论，模板中的权数分别对应了待处理像素周围的八个像

基于CNN的红外图像预处理系统的研究与设计,标签：电子小制作,http://www.88dzw.com

图9  RGB2YCbCr模块仿真输出

同理，可以采用方案2，即FPGA芯片内的嵌入式RAM构造乘法器查找表，可以实现YCbCr向RGB的颜色空间转换。波形仿真如图10所示。由波形图可以看到，相比于输入，输出结果延迟3个时钟周期出现，这是使用寄存器锁存造成的结果。例如输入（Y，Cb， Cr）=（944，514，514），在3个时钟周期后输出（R，G，B）=（1023，1021，1023）。虽然输出延迟了3个时钟周期，但每计算一个像素颜色转换仍只需要1个时钟周期。

图10  YCbCr2RGB模块仿真输出

3.3 细胞神经网络的IP核设计

根据CNN的理论，模板中的权数分别对应了待处理像素周围的八个像素，所以在对某个像素进行处理之前，必须先读入该点周围的八个像素点，即某个像素点的结果不仅同本身像素有关，而且同邻域点像素灰度值有关。因为采用的CMOS图像传感器每行640个像素。因此构造3×3模板的关键在于构造行延时器。视频图像中像素来自非均匀校正后的串行数据流，因此FPGA可以以并行流水方式实现该模板[6]。构成3×3模板的硬件结构如图11所示：

图11  3×3模板的硬件结构

如图所示，视频输入图像经过由RAM组成的3×3模板后进入卷积模块，最后输出结果。由于采用了流水工作方式，因此在进行图像处理时，并不需要存储整帧图像，只要存储模板操作中的领域像素点。

卷积的实现方式一般有MAC（Multiply and Accumulate乘加法）和DA（Distribute Algorithm分布式算法）。MAC法一般直接使用乘法加法进行运算，目前有些FPGA中带有内部乘法器资源，即硬件乘法器。分布式算法将复杂的多位数乘积转变为简单的“与”操作，而且乘位权数的转变为移位操作，有效地提高了运算速度，降低了结构的复杂度。采用分布式算法实现卷积计算。在细胞神经网络中采用该算法具有以下优点：减小存储单元的大小，实现存储单元内容共享，减小数据总线位宽。为了节省FPGA片上资源采用串行分布式算法[7]。

串行方法的实现是先从最低位开始，用所有 个输入量的最低位对DA查找表进行寻址，得到了一个部分积，将其右移一位即将其乘以2-1后，放到寄存器当中，同时， 个输入量的次低位己经开始对DA查找表寻址得到另一个部分积，与右移一位后的上一个部分积相加，再重复上一步，直到所有的位数都己经寻址一遍。特别要注意，在补码输入的情况下，在最高位寻址得到的值不是与上一个右移一位后的部分积相加，而是相减。这样最后得到的值就是我们需要的结果，由此可以得到全串行DA模式。由上可知，完成一次运算需要 个时钟周期。

图12  串行分布式算法原理图

3.4 VGA模块

该模块的功能是将经过处理的信号显示在显示器上，这个过程与信号处理中的过程是相反的，将数字信号按照电视信号的制式组成合乎时序、格式要求的信号，并加入用于控制的各种同步信号。为了便于检验VGA时序的正确性，适当的对VGA时序进行了一些简化。由于编程时采用参数化设计，所以这并不会对系统的设计产生影响。仿真图如图13所示，符合预期的时序要求。

上一页  [1] [2] [3] [4] [5]  下一页