[发明专利]一种基于FPGA的颜色目标检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于目标实时检测与跟踪领域，具体涉及一种基于FPGA的颜色目标检测系统及方法。

背景技术

机器视觉是一门应用计算机技术模拟人和生物视觉的科学，利用机器人代替人眼来进行测量和判断目标.其中视觉跟踪是机器视觉的一个重要分支。

在视觉跟踪中,首要的工作就是使用视觉系统进行目标检测，只有在正确确认目标的基础上才能够检测和跟踪目标，目标检测过程就是图像分析处理的过程，选择合适的图像处理方法可以提高目标检测的实时性和鲁棒性。

现有的颜色目标实时检测方法主要是基于PC和摄像头体系的颜色区域目标检测方法和基于嵌入式颜色区域目标检测方法。基于PC和摄像头体系的颜色区域目标检测方法是将摄像头接入到PC机中，然后在Microsoft Visual Studio等纯软件环境下进行目标检测，但是这种检测方法需要购买与相机配套的采集卡，价格昂贵，且因为是纯软件环境，图像处理速度十分缓慢，达不到实时性的要求；基于嵌入式颜色区域目标检测方法有在ARM，MCU和FPGA中实现的，基于FPGA嵌入式的颜色区域目标检测方法使用了NiosII嵌入式中央处理器，算法运行速度较慢。这些传统的方法由于受到PC机性能及数字信号处理芯片性能的制约，在彩色图像处理能力上大多只能完成30万像素图像的准实时处理，无法实时处理更高分辨的图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的颜色目标检测系统及方法，能够对高分辨率的图像实时地检测出带有颜色特征信息的目标，并将其分割出来，从而进行目标跟踪等后续的处理。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于FPGA的颜色目标实时检测系统，包括Bayer信号接收模块；Bayer格式插值转RGB模块；R、G、B三路颜色分量相加模块；R、G、B三路颜色分量左移模块；除法模块；颜色判定及二值化目标模块；上述 模块均在FPGA中实现。

本发明还提供一种基于FPGA的颜色目标检测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据图像中待分割目标的颜色，设定待分割区域每个像素是否属于该颜色的R、G、B三路颜色分量占颜色总量比例的判定阈值；

步骤二、将Bayer格式的图像转化为RGB格式的图像；

步骤三、提取RGB格式的图像中R、G、B三路颜色分量，将R、G、B三路颜色分量相加后获得每个像素的颜色总量，然后分别对R、G、B三路颜色分量左移N位，N的取值范围在4到32之间，获得将R、G、B三路颜色分量扩大2的N次方倍后的分量值

步骤四：计算分量分别占颜色总量的比例；

步骤五：将步骤一设定的判定阈值扩大2的N次方倍，然后判断三路颜色分量占颜色总量的比例是否满足扩大2的N次方倍后的颜色阈值判断条件，如果满足，则将该像素赋值为1，如果不满足则将该像素赋值为0，获得待跟踪目标所属区域的二值化图像，供目标跟踪后续的处理。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明可以处理的带宽可达Gpbs以上，在高分辨率高帧频图像处理中具有显著优势；(2)本发明在FPGA中脱离NiosII嵌入式中央处理器，采用纯硬件逻辑，处理速度可达60fps以上，具有很强的实时性实现了颜色区域目标的检测；(3)本发明将颜色各分量占颜色总量的比例设为阈值，使得判别颜色的条件更加充分，从而达到更为精确的效果。

附图说明

图1是本发明一种基于FPGA的颜色目标检测系统结构示意图。

图2是本发明一种基于FPGA的颜色目标检测方法流程图。

图3是Bayer图像格式示意图。

图4是Bayer格式图像中R、G、B分量存在的四种组合方式示意图。

图5是本发明仿真实验中作为检测对象的图像。

图6是本发明仿真实验中获得的检测结果图像。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种基于FPGA的颜色目标检测系统，包括Bayer信号接收模块；Bayer格式插值转RGB模块；R、G、B三路颜色分量相加模块；R、G、B三路颜色分量左移模块；除法模块；颜色判定及二值化目标模块；上述模块均在FPGA中实现。FPGA固有的可重复编程性，使得本发明系统硬件的功能可以像软件一样灵活而方便地编程配置，而且不仅可以提升系统的处理速度，保障算法的高效运行，还可以减小系统体积，便于应用和普及。

Bayer信号接收模块，用于接收Bayer格式的图像信号，然后将Bayer格式的图像信号送入Bayer格式插值转RGB模块；