基于SoPC的自感知运动图像采集系统设计

2．2．2 帧存分时切换机制
Write_FIFO，Read_FIFO1和Read_FIFO2都是16 b位宽，而SDRAM只有16 b的数据位宽，三个FIFO都要访问SDRAM，这就涉及到相互竞争的问题，在同一时刻只能有一个访问SDRAM。为此需要设计一个分时切换机制。由于SDRAM的操作时钟为100 MHz，而采集像素时钟为25 MHz，经过抽样后时钟频率更是大大降低。在一次采集周期内，SDRAM完全可以和三个FIFO的接口轮流切换，从而不会影响采集的速度。
如图5所示，其工作过程为：
(1)图像经格式转换模块输出，写入Write_FIFO的输入端口。
(2)当控制电路检测到Write_FIFO中读出端的数据量大于256(三个FIFO容量均为512 word)时，产生写命令，并拥有写互斥锁。SDRAM控制器接到命令，以100 MHz时钟将256个数据写入SDRAM。
(3)Write_FIFO输出256个数据后，读出端的数据量小于256，并且由于Read_FIFO1中初始状态的输入端数据小于256，Read_FIFO1拥有读互斥锁，产生读命令，SDRAM控制器接到命令，以100 MHz时钟将256个数据读出，并写入Read_FIFO1。
(4)当Read_FIFO1收到256个数据，其输入端数据大于256，并且由于Read_FIFO2中初始状态的数据小于256，Read_FIFO2拥有读互斥锁，产生读命令，SDRAM控制器将256个数据读出，并写入Read_FIFO2。
(5)这样就完成了一次操作，之后就是循环操作。地址信号也是由控制电路产生，每经过一次读写，地址增量为256，这样就可以保持信号的连续性。
(6)Write_FIFO在一定周期内向SDRAM中连续写入两帧连续图像；Read+FIFO1根据SDRAM中的地址读取其中的一帧图像数据；而Read_FIFO2读取另一帧图像数据。
通过这个机制，三个FIFO中始终都有数据，不会发生读空、写满情况，使得存储器两端的数据读／写方便，只要在write FIFO的输入端和Read―FIF01、Read FIFO2的输出端进行操作就行，在时钟的上升沿将数据写入或输出，实现了异步方式。

3 运动检测模块
该模块采用帧间差分法，其基本原理是将连续的两帧或几帧的图像对应的像素值相减，在环境亮度变化不大的情况下，如果对应像素值相差很小，则认为此处景物是静止的，如果图像区域某处的像素值变化很大，可认为这是由于图像中运动物体引起的。其算法实现简单，能够适应各种动态环境，稳定性较好。
设计中对相邻两帧图像的每个像素RGB分量分别取绝对差值。当绝对差值大于阈值时(这里取经验值16)，就认为存在差异，如果做比较的两个像素的RGB分量只要有一个分量有差异，则令此点的数值为1，这样就得到一幅320×240像素大小的二值差值图像。然后传统处理方法是统计值为1的点的个数，如果其数量超过预设值，就认为两幅图像有差异。这种方法设计简单，但是准确率还不够高，为此该设计提出了一种改进的算法，引入了图像处理常用的两种操作腐蚀和膨胀。腐蚀与膨胀是一对逆运算，如果先腐蚀再膨胀，便构成了开运算。一般来说，开运算能够去除孤立的小点，毛刺和小桥(即连通两块区域的小点)。而总的位置和形状不变。
对上述二值图像进行开运算处理，可以消除小颗粒的噪声的干扰，从而尽可能降低误判和漏判。
设计流程如图6所示，通过调用ALTSHIFTTAPS IP核，并利用输出TAPS，构建一个11×11像素大小的图块作为结构元素，然后腐蚀：
(1)用11×11的结构元素，扫描图像的每一个像素；
(2)用结构元素与其覆盖的二值图像做“与”操作；
(3)如果都为1，结果图像的该像素为1，否则为0。
接着再将上述结果作为第二个ALTSHIFTTAPS的输入，再次构建11×11个像素的结构元素，然后进行膨胀处理：
(1)用11×ll的结构元素，扫描图像的每一个像素；
(2)用结构元素与其覆盖的二值图像做“或”操作；
(3)如果都为0，结果图像的该像素为0，否则为1。
最后得到运动判定信号DETECT，并用这个信号控制数据写入过程，一旦判定信号为1，就启动后续的图像存储过程。