卷积滤波器 适用于工业物联网的高效机器视觉应用的图像处理系统设计(3)

图2：在Vivado中查看的嵌套循环部分的控制流程图。

为了提高性能，设计人员可以展开循环以允许更多功能并行发生（如果可用的DSP节点和查找表）硬件可用。对于图像和视频处理工作，Vivado环境包括许多提供直接支持的库。

HLS成像库包括与OpenCV imgproc模块非常接近匹配的函数。例如，虽然软件中的OpenCV将使用cv :: Mat声明来创建在内存中保存图像所需的数组，但是有一个相应的模板类，称为hls :: Mat ，它提供相同的核心功能。声明一个名为image的数组的等效调用将显示为：

hls :: Mat image（）;

而不是从磁盘读取图像，它通常使用hls :: stream 数据类型将处理器复合体传递到FPGA架构中。在处理器空间和FPGA中处理图像之间存在关键差异。硬件结构是在假设将存在以像素流形式通过逻辑元件的加速操作流水线的情况下编程的。因此，依赖于对图像数据的随机访问的算法需要转换为可以作用于线性流的形式。

流式访问也意味着如果两个硬件映射函数需要图像，它需要重复。这通常使用hls :: Duplicate函数执行。另一个不同之处在于浮点值的处理。 OpenCV本身支持浮点运算，但这在典型FPGA的DSP资源上通常效率低下。将所有数据类型转换为定点等价物然后在将数据传递回软件例程后使用缩放转换以保持与核心OpenCV函数的兼容性是有意义的。

硬件对函数的适用性可能决定应用程序或子系统的分区。 Zynq-7000平台上与OpenCV兼容处理的参考设计之一是实现角点检测和创建覆盖图，显示图像中的所有角落。其结构如图3所示。

图3：快速应用示例的数据流结构。

预应力筋应在制作场内定尺制作,采用细钢丝绑扎成束编号,然后人工运至施工处进行安装.安装前必须按照设计位置进行放样,采用井字型筋定位波纹管，误差控制在规范要求±4mm范围内，预应力管道埋设时注意压浆口和出浆口的埋设．施工中防止预应力筋淬火，禁止将焊机的搭接线设在预应力筋上，在浇筑混凝土前检查预应力管道的位置及管道接头处理。图像的直方图描述了一幅图像的概貌，在前述灰度变换的实例中（尤其是灰度拉伸），经过灰度变换之后，图像的灰度值在整个［0， 1］ 灰度级上分布更加均匀，图像的显示效果明显改善。

应用程序在硬件使用方面的问题是在目标图像中绘制叠加层需要随机访问图像阵列，这是面向流的硬件实现不容易支持的。设计人员可以采用的方法是在FPGA和处理器复合体之间划分功能。绿色通道提取和角点检测卷积很容易在硬件中实现。一旦通过Zynq-7000的AXI4接口将图像流回处理器存储器，就可以在图像上执行角图绘制功能，这些图像的计算密集度较低。

涉及数字的更复杂的图像处理系统执行提取，识别和其他任务的协作模块可能涉及比固定延迟流水线更复杂的架构。例如，不同的情况可能需要对图像进行更密集的处理。例外情况可能会触发对部分数据的更深入分析。这些考虑使调度变得复杂。最简单的选择是在处理器复合体上运行自由选择的函数，但如果某些函数是计算密集型的，则存在整体系统性能受损并且控制例程将错过关键期限的风险。 FPGA的区域可以保留用于计算密集型功能，但除非留出大部分，否则无法保证资源在某些条件下可用。所需要的是在处理器复合体和其他加速器之间分配功能的动态方法，例如能够在FPGA架构上运行的加速器。

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