一種基于fpga的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于信號(hào)檢測(cè)與處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于FPGA的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生物醫(yī)學(xué)儀器的發(fā)展，像單細(xì)胞分析儀等一些生物醫(yī)學(xué)儀器，越來越多的開始使用圖像處理系統(tǒng)來完成對(duì)細(xì)胞圖像的處理，國(guó)內(nèi)目前大多數(shù)單細(xì)胞分析儀還是使用肉眼來觀察顯微細(xì)胞下的特征，這樣不僅不能夠自動(dòng)化，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在細(xì)胞圖像處理系統(tǒng)中，將拍攝到的每幀運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像實(shí)時(shí)地分離為背景成分圖像與前景成分圖像，對(duì)運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的進(jìn)一步地分析和處理起著非常重要的作用。近年來論文和專利描述中，基于FPGA圖像處理的硬件實(shí)現(xiàn)方法，大多數(shù)同時(shí)利用FPGA的并行執(zhí)行能力和外掛處理器指令集，一般有DSP+FPGA，ARM+FPGA，MCU+FPGA的方案，但這些方案因多個(gè)芯片及必要的外圍電路設(shè)計(jì)到同一個(gè)硬件電路板上，存在板級(jí)規(guī)模大、集成度低等缺點(diǎn)，給項(xiàng)目研發(fā)帶來額外的芯片間的通信調(diào)試工作；現(xiàn)有針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的方法主要有以下幾種:相鄰幀差法、背景差分法、基于模型匹配的跟蹤、基于區(qū)域匹配的跟蹤、基于特征匹配的跟蹤、基于運(yùn)動(dòng)特性的跟蹤。每種方法針對(duì)應(yīng)用需求和場(chǎng)景的不同，分別具有各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，在FPGA上實(shí)現(xiàn)視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，基于FPGA的背景差分法目標(biāo)檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)靜態(tài)場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行檢測(cè)與跟蹤，但是該方案需要預(yù)先存儲(chǔ)背景信息，當(dāng)背景變換時(shí)，該系統(tǒng)不能很好的進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)高分辨率細(xì)胞圖像的實(shí)時(shí)、在線采集和處理于一體的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，集成度高，和其它硬件模塊可以很好的兼容，易于升級(jí)。
[0004]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是:
[0005]一種基于FPGA的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理系統(tǒng)，包括邏輯控制器和分別與邏輯控制器連接的圖像處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及程序存儲(chǔ)器，邏輯控制器還與USB通信模塊連接。
[0006]設(shè)有視頻處理模塊，與數(shù)據(jù)緩存模塊連接。
[0007]設(shè)有圖像采集模塊，通過視頻處理模塊與數(shù)據(jù)緩存模塊連接。
[0008]所述邏輯控制器由圖像采集控制模塊、中斷管理模塊、總線切換模塊構(gòu)成，其中，圖像采集控制模塊與數(shù)據(jù)緩沖模塊連接，中斷管理模塊、總線切換模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接。
[0009]所述圖像采集模塊為CXD攝像頭。
[0010]所述邏輯控制器通過USB通信模塊與上位機(jī)連接。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，集成度高，和其它硬件模塊可以很好的兼容，易于升級(jí)，操作方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，從仿真結(jié)果來看都能很好的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的背景與前景分離，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)和跟蹤。而且可以在FPGA上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像實(shí)時(shí)地分離為背景成分圖像與前景成分圖像，使處理后的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像信息可以清晰的顯示在基于Windows開發(fā)的應(yīng)用軟件上。處理結(jié)果可以幫助細(xì)胞病理分析醫(yī)生觀察細(xì)胞是否出現(xiàn)異常，對(duì)其做出評(píng)估，從而進(jìn)行診斷。
【附圖說明】
[0012]圖1圖像處理系統(tǒng)總體構(gòu)成結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2邏輯控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3基于sober算子的背景與前景分離算法流程圖.
【具體實(shí)施方式】
[0015]本實(shí)用新型發(fā)明的基于FPGA的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理系統(tǒng)主要由系統(tǒng)軟件和硬件構(gòu)成，軟件部分主要完成運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的預(yù)處理和處理以及運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的傳輸。運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的預(yù)處理包括對(duì)運(yùn)行細(xì)胞圖像進(jìn)行去噪和灰度處理；運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的處理主要完成基于sober算子的背景與前景分離算法；運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的傳輸主要完成對(duì)USB2.0通信模塊初始化以及完成對(duì)數(shù)據(jù)傳輸讀寫的控制。整個(gè)硬件部分由視頻處理模塊、邏輯控制模塊、程序存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、USB2.0通信模塊等部分組成。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。硬件見圖1、圖2。
[0016]在圖1中，本實(shí)用新型發(fā)明專利包括:視頻處理模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理模塊、邏輯控制模塊、程序存儲(chǔ)模塊、USB2.0通信模塊。視頻輸入端與攝像頭輸出端相連，輸出端與邏輯控制器連接，將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同時(shí)輸出從模擬信號(hào)中分離出同步信號(hào)和像素時(shí)鐘。本實(shí)用新型視頻處理模塊采用OmniVis1n公司生產(chǎn)的0V7725圖像傳感器，該傳感器最高支持640*480@60ΗΖ分辨的視頻輸出，具有標(biāo)準(zhǔn)的SCCB配置接口，可以配置輸出RGB422、RGB565、RGB444、YVA422這幾種格式的視頻流。
[0017]數(shù)據(jù)緩存模塊屬于邏輯控制模塊中內(nèi)部的功能模塊，直接與視頻輸出模塊相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速的運(yùn)動(dòng)視頻流進(jìn)行緩存。
[0018]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊與邏輯控制模塊相連，在邏輯控制的控制下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速的運(yùn)動(dòng)視頻流進(jìn)行存儲(chǔ)。本實(shí)用新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用Hynix的SDRAM HY57V641620，此款SDRAM共有4Banks*1024*16Bit的資源，作為視頻圖像的內(nèi)存。
[0019]運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像處理模塊屬于邏輯控制器的功能模塊，該功能模塊主要采用如下方式對(duì)運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的處理:首先邏輯控制器從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中讀入運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像數(shù)據(jù)，之后對(duì)讀入的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像數(shù)據(jù)采用中值濾波的方法進(jìn)行圖像的去噪，對(duì)去噪后的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像利用sober算子對(duì)其進(jìn)行邊緣檢測(cè)，如果有偶數(shù)個(gè)邊緣，偶數(shù)個(gè)邊緣內(nèi)的像素值用原運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的灰度像素值進(jìn)行填充。如果有奇數(shù)個(gè)邊緣，第一個(gè)邊緣之后的像素值用原運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像的灰度像素值進(jìn)行填充。邊緣之外的區(qū)域進(jìn)行置零處理。
[0020]邏輯控制模塊分別與視頻處理模塊的輸出端、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、程序存儲(chǔ)模塊、USB2.0通信模塊相連，利用視頻處理模塊輸出的同步信號(hào)與像素時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、程序存儲(chǔ)模塊和USB2.0通信模塊的讀寫控制，以及對(duì)運(yùn)動(dòng)細(xì)胞圖像進(jìn)行基于sober算子的背景與前景分