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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳昌益
研究生(外文):Chang-Yi Chen
論文名稱:以硬體加速之分水嶺影像分割演算法
論文名稱(外文):Hardware Accelerated Watershed Method for Image Segmentation
指導教授:呂紹偉
指導教授(外文):Show-Wei Leu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:分水嶺影像分割
外文關鍵詞:watershedimage segmentation
相關次數:
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影像分割在影像處理的各種領域中是非常關鍵的部份,諸如在生物醫學、電腦視覺、圖形辨識、遙測、科學研究以及以物件為基礎的視訊壓縮標準的應用上,均佔有一個很重要的地位。區塊成長和合併是一種廣為人知的影像分割技術,並且適用於許多影像型態,整體而言,區塊成長的方法首先會將一個影像區分為許多小區塊後,逐步將小區塊的像素以同質性判斷是否合併入較大的區塊中,並且可以保證最後分割的結果能得到封閉的輪廓。顯然的,在此所探討的分水嶺演算法有著較大的運算複雜度,為解決這方面的問題,在以分水嶺演算法的流程中,我們發展出硬體架構用於加速區塊成長的過程,主要的想法來自於使用硬體架構同時計算中心像素與鄰近八方向像素的比較結果,另一方面也採用減少使用FIFO佇列,而只使用一個FIFO佇列進行可能為相同流域盆地像素的氾濫動作,我們的設計流程首先利用C語言程式來驗証採用改良Meyer所提出的分水嶺演算法。在確認其正確無誤後,再接著以硬體描述語言Verilog撰寫可合成RTL模型,並於Xilinx ISE上Spartan 3E的Device合成出使用了626個LUTs可工作於75.423MHz之電路。
Image segmentation is an important class of techniques critical to many applications requiring image processing, such as computer vision, image recognition, biomedicine, remote sensing, object-based video coding, etc. Region growing and merging is a well-established segmentation method that can be used with most image types. In general, this method first divides the image into many small regions and then gradually merges the small regions into larger regions according to some criteria for homogeneity. Obviously, this is a computation intense process and, since watershed algorithm belongs to this category of segmentation methods, it is inherently computation intense as well. Keeping this in mind, we develop in this study a hardware structure to accelerate the region growing process within the execution flow of the watershed algorithm. The main idea is to use redundant hardware to compute the eight nearest neighbors at the same time for a given pixel. On the other hand, the hardware cost is greatly reduced by using only one FIFO queue to store the pixels that represent the potential catchment basin members. Our design process starts from writing a C code to verify the algorithm which is modified from the one proposed by Meyer. A synthesizable RTL code in Verilog HDL is then developed and the circuit synthesized to Xilinx Spartan 3E device. The clock rate of the circuit obtained reaches 75 MHz.
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1.1 動機與目的 1
1.2 論文架構 1
第二章 影像的前置處理 3
2.1 平坦化 3
2.2 梯度化 4
第三章 分水嶺演算法 8
3.1 原理介紹 8
3.2 基本定義 9
3.3 流域盆地 (Catchment Basin) 10
3.4 氾濫法 (Immersion) 10
3.5 分水嶺演算法流程 11
3.5.1 像素的排序 12
3.5.2 模擬水氾濫的過程 13
第四章 本論文所使用的分水嶺區塊分割演算法 16
4.1 分水嶺區塊分割 16
4.2 平行化處理 18
4.3 影像區塊定義 21
4.4 完整區塊分割演算法介紹 23
4.5 測試結果 25
第五章 實驗數據及電路合成 30
5.1 硬體架構介紹 30
5.1.1 鄰近八方向產生電路 31
5.1.2 平原區塊偵測電路 32
5.1.3 非區域最小值偵測電路 34
5.1.4 先進先出佇列 35
5.1.5 主要控制電路 36
5.2 電路實現 39
第六章 結論與未來發展 44
參考文獻 45
[1] Shao-Yi Chien, Yu-Wen Huang, and Liang-Gee Chen, “Predictive watershed: a fast watershed algorithm for video segmentation,” IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 13, pp. 453-461, 2003.
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[8] R. Gao, D. Xu, and J. P. Bentley, “Reconfigurable hardware implementation of an improved parallel architecture for MPEG-4 motion estimation in mobile applications,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 49, pp.1383–1390, 2003.
[9] C. J. Kuo, S. F. Oldeh and M. C. Huang, “Image segmentation with improved watershed algorithm and its FPGA implementation,” in Proc. IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems, Vol. 2, pp. 753–756, 2001.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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