一. Sobel算法
首先先在这里，介绍一下Sobel算法的原理，以及实现过程，由于Sobel算法并不复杂，可以说是相对简单的，就不作过多的介绍.
二. dx,dy的求法
dx方向的核值如下，核值与图像上3*3的区域对应相乘然后相加，
dy同dx求法一样
最后判断对应图像3*3区域的中心点是否为边缘点
当然核值的1,2是可以修改的，例如3,10
上面就简单的介绍了一下Sobel算法的原理以及实现步骤，接下来就在FPGA中实现它吧。
三. 目标图片的准备
我们先将图片写入rom中，然后将数据从rom中读出进行处理。
先借助python和opencv将图片转为灰度图，然后生成mif文件,代码如下
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import os import shutil import cv2 headfile = ''' DEPTH = 10000; WIDTH = 8; ADDRESS_RADIX = HEX; DATA_RADIX = HEX; CONTENT BEGIN ''' img = cv2.imread("13.png") #读取图片 img = cv2.resize(img,(100,100)) #将图片resize到100*1001的大小 img = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY) #将图片转为灰度图 mif = open('image.mif', 'w') mif.writelines(headfile) i = 0 for m in range(0,100): for n in range(0,100): mif.writelines(str(hex(i)[2:])) mif.writelines(' : ') mif.writelines(str(hex(img[m][n]))[2:])# + str(hex(img[n][m][1]))[2:] + str(hex(img[n][m][0]))[2:]) mif.writelines(';') mif.writelines('\n') i += 1 mif.write('END;')
经过上面的代码，就可以生成mif文件了，然后在软件中调用单端rom的ip，并且选择mif就可以了，位宽8，深度10000。
根据我们的dx，dy的核值，可以看出，每一次操作需要三行图像数据， 以及每一行图像数据的三个连续的值。 所以我们需要两个ram来存储两行数据，另外一行为当前读取的数据， 不需要事先存储，连续的三个值可以用延时
四. 两行图像数据的存储
先事先声明一下如下数据
reg[7:0] data_line_11,data_line_12,data_line_13; #第一行数据的3个值 reg[7:0] data_line_21,data_line_22,data_line_23; #第二行数据的3个值 reg[7:0] data_line_31,data_line_32,data_line_33; #第三行数据的3个值
采用双端ram，进行存储数据，由于图像的宽度为100，所以深度为128即可。
实例出来代码如下
RAM RAM_V1( .clock(clk_9M), //时钟 .data(ram1_data_in), //写入的数据 .rdaddress(ram1_raddr), //读出的地址 .wraddress(ram1_waddr), //写入的地址 .wren(1'b1), //读写使能 .q(ram1_data_out)); //读出的数据 RAM RAM_V2( .clock(clk_9M), .data(ram2_data_in), .rdaddress(ram2_raddr), .wraddress(ram2_waddr), .wren(1'b1), .q(ram2_data_out));
为了使最边缘的图像数据建立起3*3的区域，这里将图像的最框添加了0像素值，所以现在处理的图像数据大小为102 * 102了。
假定一二行数据以及存储进去了，现在读取的是第三行。
当第三行读取到第三个数据时，是不是可以将第二行的数据的第一个更新为 第三行读取到第一个数据，将第一行的数据的第一个更新为第二行数据的第一个 同样当第三行数据读到第四，五，六...个数据时，依次更新第一行第二行的第二， 三，四...个数据
假定第一行，第二行没有数据，当为显示到图像的第一行时，将第一行的数据写入0，然后按照1的方式更新第二行数据。
//图像显示的区域 cur_x >= 'd101 && cur_x <='d200 && // cur_y >= 'd50 && cur_y < 'd150 //第一行 写 always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) ram1_waddr <= 'd0; else if(cur_x >= 'd100 && cur_x <= 'd201 && cur_y >= 'd49) ram1_waddr <= ram1_waddr + 1'b1; else ram1_waddr <= 'd0; end always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) ram1_data_in <= 'd0; else if(cur_x >= 'd100 && cur_x <= 'd201 && cur_y >= 'd49) if(cur_y == 'd49) ram1_data_in <= 'd0; else ram1_data_in <= data_line_21; end //第二行 写 always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) ram2_waddr <= 'd0; else if(cur_x >= 'd100 && cur_x <= 'd201 && cur_y >= 'd49) ram2_waddr <= ram2_waddr + 1'b1; else ram2_waddr <= 'd0; end always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) ram2_data_in <= 'd0; else if(cur_x >= 'd100 && cur_x <= 'd201 && cur_y >= 'd49) ram2_data_in <= data_line_31; end
五. 三行数据的读取
这个较为简单了，直接从对应的rom和ram中读出即可
下面代码是第二行和第三行的，第一行就不拿出来了，都一模一样的。
always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) begin data_line_21 = 'd0; data_line_22 = 'd0; data_line_23 = 'd0; end //这里读取的cur_x的值对比于显示的值需要注意一下 else if(cur_x >= 'd98 && cur_x <= 'd199 && cur_y >= 'd50) begin data_line_21 <= data_line_22; data_line_22 <= data_line_23; data_line_23 <= ram2_data_out; end else begin data_line_21 <= data_line_22; data_line_22 <= data_line_23; data_line_23 <= 'd0; end end always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) begin data_line_31 <= 'd0; data_line_32 <= 'd0; data_line_33 <= 'd0; end else if(cur_x >= 'd98 && cur_x <= 'd199 && cur_y >= 'd49 && cur_y < 149) begin data_line_33 <= img; data_line_32 <= data_line_33; data_line_31 <= data_line_32; end else begin data_line_31 <= data_line_32; data_line_32 <= data_line_33; data_line_33 <= 'd0; end end
六. 进行Sobel运算
这里需要注意一下dx和dy的值可能会有1000多，所以说其位宽不在是8了而是10.
分别计算负的和正的，然后判断大小，最近用大的减去小的。最后与阈值进行判断来赋值。 阈值的大小不是0-255了，而是0-1520（肯能不太准确），我下面的是1035.
reg[10:0] Sobel_px ,Sobel_nx; reg[10:0] Sobel_py ,Sobel_ny; wire[10:0] Sobel_x; wire[10:0] Sobel_y; wire[7:0] Sobel_data; assign Sobel_x = (Sobel_px > Sobel_nx) ? (Sobel_px - Sobel_nx) : (Sobel_nx - Sobel_px); assign Sobel_y = (Sobel_py > Sobel_ny) ? (Sobel_py - Sobel_ny) : (Sobel_ny - Sobel_py); assign Sobel_data = (Sobel_x + Sobel_y > 'd1035) ? 'd0 : 'd255; always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) begin Sobel_px <= 'd0; Sobel_nx <= 'd0; end else if(cur_x >= 'd100 && cur_x <= 'd199 && cur_y >= 'd50) begin Sobel_nx <= data_line_11 + data_line_21 + data_line_21 + data_line_31; Sobel_px <= data_line_13 + data_line_23 + data_line_23 + data_line_33; end else begin Sobel_nx <= 'd0; Sobel_px <= 'd0; end end always@(posedge clk_9M or negedge rst) begin if(rst == 1'b0) begin Sobel_py <= 'd0; Sobel_ny <= 'd0; end else if(cur_x >= 'd100 && cur_x <= 'd199 && cur_y >= 'd50) begin Sobel_py <= data_line_11 + data_line_12 + data_line_12 + data_line_13; Sobel_ny <= data_line_31 + data_line_32 + data_line_32+ data_line_33; end else begin Sobel_ny <= 'd0; Sobel_py <= 'd0; end end
最后给出在FPGA上的原图和效果图，效果不错,完整项目下载链接
欢迎关注公众号 FPGA之旅
公众号：FPGA之旅
