一种图像特征提取装置及方法与流程

1.本发明涉及图像特征提取技术领域，具体涉及一种图像特征提取装置及方法。


背景技术：

2.随着电子技术的迅速发展，图像识别的应用越来越广泛。其中，图像特征提取是图像识别领域中极为常见的一种算法，而图像特征提取的速度又是极为重要的一个指标。
3.目前，已有很多研究和技术对图像特征提取进行了改进，用于进一步提高图像特征提取速度。然而，对该技术的改进，大部分是改进图像特征提取算法本身，现有技术中的图像特征提取流程如图1所示，只有当图像获取完全后才能进行图像特征提取，导致图像特征提取效率较低。
4.因此，急需提供一种图像特征提取装置及方法，用以解决现有技术中存在的图像特征提取效率较低的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种图像特征提取装置及方法，用以解决现有技术中存在的图像特征提取效率较低的技术问题。
6.一方面，本发明提供了一种图像特征提取装置，包括现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列包括图像获取单元、多个先进先出队列单元以及特征提取单元；
7.所述图像获取单元用于获取待提取图像，所述待提取图像包括多行待提取数据，所述图像获取单元还用于将所述多行待提取数据逐行输入至所述多个先进先出队列单元；
8.所述多个先进先出队列单元用于存储所述多行待提取数据；
9.所述特征提取单元用于当所述多个先进先出队列单元中各先进先出队列单元均存储有待提取数据时，对所述多个先进先出队列单元中存储的多行待提取数据进行特征提取，获得图像特征。
10.在一些可能的实现方式中，所述多个先进先出队列单元包括顺序排列的第一先进先出队列单元和第二先进先出队列单元，所述待提取图像包括第一行待提取数据和第二行待提取数据；
11.当所述图像获取单元获取所述第一行待提取数据后，所述第一先进先出队列单元用于存储所述第一行待提取数据；
12.当所述图像获取单元获取所述第二行待提取数据后，所述第一先进先出队列单元用于存储所述第二行待提取数据，所述第二先进先出队列单元用于存储所述第一行待提取数据。
13.在一些可能的实现方式中，所述待提取图像还包括第三行待提取数据；
14.当所述图像获取单元获取所述第三行待提取数据后，丢弃所述第一行待提取数据，所述第一先进先出队列单元用于存储所述第三行待提取数据，所述第二先进先出队列单元用于存储所述第二行待提取数据。
15.在一些可能的实现方式中，所述图像特征包括第一图像子特征和第二图像子特征；
16.所述特征提取单元用于对所述第一行待提取数据和所述第二行待提取数据进行特征提取，获得所述第一图像子特征；
17.所述特征提取单元还用于对所述第二行待提取数据和所述第三行待提取数据进行特征提取，获得所述第二图像子特征。
18.在一些可能的实现方式中，所述现场可编程门阵列还包括内部寄存器和压缩单元；
19.所述内部寄存器用于存储所述第一图像子特征和所述第二图像子特征；
20.所述压缩单元用于对所述第一图像子特征和所述第二图像子特征进行压缩，对应获得第一压缩特征和第二压缩特征。
21.在一些可能的实现方式中，所述现场可编程门阵列还包括先进先出存储单元和数据输出单元；
22.所述先进先出存储单元用于存储所述第一压缩特征和所述第二压缩特征，并按先进先出顺序将所述第一压缩特征和所述第二压缩特征输出至所述数据输出单元；
23.所述数据输出单元用于将所述第一压缩特征和所述第二压缩特征输出至目的地址。
24.在一些可能的实现方式中，所述图像特征提取装置还包括多个lvds通道以及数据处理模块；
25.所述数据输出单元还用于当所述先进先出存储单元中存在所述第一压缩特征或所述第二压缩特征时，基于预设分配规则将所述第一压缩特征或所述第二压缩特征划分为与所述多个lvds通道一一对应的多个压缩子特征；
26.所述数据处理模块用于为所述多个压缩子特征中的各压缩子特征添加帧头、帧尾信息，生成目标特征；
27.所述多个lvds通道用于将所述目标特征转换为目标信号，并将所述目标信号传输至所述目的地址。
28.在一些可能的实现方式中，所述图像特征提取装置还包括lvds信号增强模块，所述lvds信号增强模块用于对所述目标信号进行增强处理。
29.在一些可能的实现方式中，所述图像特征提取装置还包括传感器，所述传感器用于扫描目标物体，并生成所述待提取图像。
30.另一方面，本发明还提供了一种图像特征提取方法，适用于上述任意一项可能的实现方式中所述的图像特征提取装置，所述图像特征提取方法包括：
31.基于图像获取单元获取待提取图像，所述待提取图像包括多行待提取数据；
32.基于图像获取单元将所述多行待提取数据逐行输入至多个先进先出队列单元；
33.基于多个先进先出队列单元存储所述多行待提取数据；
34.当所述多个先进先出队列单元中各先进先出队列单元均存储有待提取数据时，基于特征提取单元对所述多个先进先出队列单元中存储的多行待提取数据进行特征提取，获得图像特征。
35.采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的图像特征提取装置，通过设置特征
提取单元当多个先进先出队列单元中各先进先出队列单元均存储有待提取数据时，对多个先进先出队列单元中存储的多行待提取数据进行特征提取，获取图像特征，实现图像获取单元和特征提取单元的并行处理，即：在图像获取的同时进行图像特征提取，大大降低了图像特征提取的耗时，提高了图像特征提取效率。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为现有技术中图像特征提取方式的一个实施例流程示意图；
38.图2为本发明提供的图像特征提取装置的一个实施例结构示意图；
39.图3为本发明提供的先进先出队列单元的一个实施例结构示意图；
40.图4为本发明提供的先进先出队列单元的一个具体实施例结构示意图；
41.图5为本发明提供的先进先出队列单元的另一个具体实施例结构示意图；
42.图6为本发明提供的图像特征提取方法的一个实施例流程示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
45.附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
46.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
47.本发明实施例提供了一种图像特征提取装置及方法，以下分别进行说明。
48.图2为本发明提供的图像特征提取装置的一个实施例流程示意图，如图2所示，图像特征提取装置10包括现场可编程门阵列100，现场可编程门阵列100包括图像获取单元110、多个先进先出队列单元120以及特征提取单元130；
49.图像获取单元110用于获取待提取图像，待提取图像包括多行待提取数据，图像获
取单元110还用于将多行待提取数据逐行输入至多个先进先出队列单元120；
50.多个先进先出队列单元120用于存储多行待提取数据；
51.特征提取单元130用于当多个先进先出队列单元120中各先进先出队列单元均存储有待提取数据时，对多个先进先出队列单元120中存储的多行待提取数据进行特征提取，获得图像特征。
52.与现有技术相比，本发明实施例提供的图像特征提取装置10，通过设置特征提取单元130当多个先进先出队列单元中各先进先出队列单元均存储有待提取数据时，对多个先进先出队列单元120中存储的多行待提取数据进行特征提取，获取图像特征，实现图像获取单元110和特征提取单元130的并行处理，即：在图像获取的同时进行图像特征提取，大大降低了图像特征提取的耗时，提高了图像特征提取效率。
53.在本发明的一些实施例中，现场可编程门阵列可为一个控制芯片，具体地，控制芯片为xc7a200t。
54.在本发明的一些实施例中，如图3所示，多个先进先出队列单元120包括顺序排列的第一先进先出队列单元121和第二先进先出队列单元122，待提取图像包括第一行待提取数据和第二行待提取数据；
55.当图像获取单元110获取第一行待提取数据后，第一先进先出队列单元121用于存储第一行待提取数据；
56.当图像获取单元110获取第二行待提取数据后，第一先进先出队列单元121用于存储第二行待提取数据，第二先进先出队列单元122用于存储第一行待提取数据。
57.在本发明的一些实施例中，待提取图像还包括第三行待提取数据；
58.当图像获取单元110获取第三行待提取数据后，丢弃第一行待提取数据，第一先进先出队列单元121用于存储第三行待提取数据，第二先进先出队列单元122用于存储第二行待提取数据。
59.应当理解的是：多个先进先出队列单元120中先进先出队列单元的个数应当根据实际应用场景进行设置及调整。
60.在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，当待提取图像为激光线图像时，多个先进先出队列单元120包括七个先进先出队列单元，分别为fifo1，fifo2，fifo3，fifo4，fifo5，fifo6，fifo7，其中data7为最新一行待提取数据，data6为次新一行待提取数据，以此类推，7个先进先出队列单元始终输出最新的7行待提取数据。
61.在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，当待提取图像为标志点图像时，多个先进先出队列单元120包括三个先进先出队列单元，分别为fifo1，fifo2，fifo3。其中data3为最新一行待提取数据，data2为次新一行待提取数据，以此类推，3个先进先出队列单元始终输出最新的3行待提取数据。
62.在本发明的一些实施例中，图像特征包括第一图像子特征和第二图像子特征；
63.特征提取单元130用于对第一行待提取数据和第二行待提取数据进行特征提取，获得第一图像子特征；
64.特征提取单元130还用于对第二行待提取数据和第三行待提取数据进行特征提取，获得第二图像子特征。
65.即：每当多个先进先出队列单元120均存储有待提取数据时，即进行一次特征提
取，获得对应的图像子特征。
66.具体地，当待提取图像为激光线图像时，每当七个先进先出队列单元均存储有待提取数据时，即对最新的七行待提取数据进行图像特征提取；当待提取图像为标志点图像时，每当三个先进先出队列单元均存储有待提取数据时，即对最新的三行待提取数据进行图像特征提取。
67.由于在一些高帧率的应用场合，虽然图像特征提取算法可以做到很快，但是因为图像帧率很高，算法计算结果数据量很大，数据传输带宽限制了高帧率的应用。因此，为了降低数据传输量，消除数据传输带宽对高帧率应用场景的限制，在本发明的一些实施例中，如图2所示，现场可编程门阵列100还包括内部寄存器140和压缩单元150；
68.内部寄存器140用于存储第一图像子特征和第二图像子特征；
69.压缩单元150用于对第一图像子特征和第二图像子特征进行压缩，对应获得第一压缩特征和第二压缩特征。
70.本发明实施例通过设置压缩单元150对第一图像子特征和第二图像子特征进行压缩，可进一步降低获得的第一压缩特征和第二压缩特征的传输数据量，从而可消除数据传输带宽对高帧率应用场景的限制。
71.在本发明的一些实施例中，如图2所示，现场可编程门阵列100还包括先进先出存储单元160和数据输出单元170；
72.先进先出存储单元160用于存储第一压缩特征和第二压缩特征，并按先进先出顺序将第一压缩特征和第二压缩特征输出至数据输出单元170；
73.数据输出单元170用于将第一压缩特征和第二压缩特征输出至目的地址。
74.由于现有技术中在高帧率应用场景中，常用sdi等高速接口实现大量数据的传输以提高帧率，但sdi等高速接口对电路设计、线缆材料等要求较高，导致图像特征提取的成本较高，为了解决这一技术问题，在本发明的一些实施例中，如图2所示，图像特征提取装置10还包括多个lvds通道200以及数据处理模块300；
75.数据输出单元170还用于当先进先出存储单元中存在第一压缩特征或第二压缩特征时，基于预设分配规则将第一压缩特征或第二压缩特征划分为与多个lvds通道200一一对应的多个压缩子特征；
76.数据处理模块300用于为多个压缩子特征中的各压缩子特征添加帧头、帧尾信息，生成目标特征；
77.多个lvds通道200用于将目标特征转换为目标信号，并将目标信号传输至目的地址。
78.本发明实施例通过设置多个lvds通道200，可在实现高速传输的同时降低传输成本。进一步地，本发明实施例通过设置多个lvds通道200，可实现在使用相同线缆的情况下，提高传输带宽。
79.在本发明的具体实施例中，预设分配规则为均分，即：将第一压缩特征或第二压缩特征均匀划分为与多个lvds通道200一一对应的多个压缩子特征。
80.为了进一步提高目标特征传输至目标地址的可靠性和稳定性，多个lvds通道200中各lvds通道使用的线缆包括但不限于五类网线。
81.在本发明的一些实施例中，如图2所示，图像特征提取装置10还包括lvds信号增强
模块400，lvds信号增强模块400用于对目标信号进行增强处理。
82.通过设置lvds增强模块400，可提高目标信号的传输距离。
83.在本发明的一些实施例中，如图2所示，图像特征提取装置10还包括传感器500，传感器500用于扫描目标物体，并生成待提取图像。
84.在本发明的一个具体实施例中，当图像特征提取装置10为激光线提取装置时，其需要将传感器500采集的待提取图像(3216*2232像素)中的激光线提取出来，并将其结果(3216*32bit)进行输出，要求帧率达到10000帧每秒。
85.若不对待提取数据进行任何处理，则每秒传输的数据量至少为3216*32*10000bit≈1gb，使用常用的千兆网(最大传输带宽约800mb/s)无法达到要求，必须使用更高带宽的传输方式如sdi-3g等。
86.而经过本发明实施例提出的图像特征提取装置10后，一帧图像经过激光线提取之后数据为3216*32bit，经过数据压缩后，数据约为1600*32bit≈51.2kb，而在lvds通道200的传输频率为125mhz情况下，4个lvds通道200的最大带宽为125*2*4mb/s＝1gb/s，即在此情况下，每秒钟最大可完成1gb
÷
51.2kb≈19500次数据的传输，足以满足10000帧每秒的帧率要求。
87.在本发明的另一个具体实施例中，当图像特征提取装置10为标志点提取装置时，其需要将传感器500采集的待提取图像(812*620像素)中的标志点提取出来，并将其结果(最大约2.6mb)进行输出，要求帧率达到1000帧每秒。
88.若不对待提取数据进行任何处理，则每秒传输的数据量至少为1.6mb*1000≈2.6gb，使用常用的千兆网(最大传输带宽约800mb/s)无法达到要求，必须使用更高带宽的传输方式如sdi-3g等。
89.而经过本发明实施例提出的图像特征提取装置10后，一帧图像经过标志点提取之后数据最大为2.6mb，经过数据压缩后，数据约为1.3mb，而在200mhz情况下，4lvds通道200的最大带宽200*2*4mb/s＝1.6gb/s，即在此情况下，每秒钟最大可完成1.6gb
÷
1.3mb≈1230次数据的传输，足以满足此实施例1000帧每秒的帧率要求。
90.另一方面，在图像特征提取装置基础之上，对应的，本发明实施例还提供了一种图像特征提取方法，适用于上述任意一种实施例中描述的图像特征提取装置；如图6所示，图像特征提取方法包括：
91.s601、基于图像获取单元110获取待提取图像，待提取图像包括多行待提取数据；
92.s602、基于图像获取单元110将多行待提取数据逐行输入至多个先进先出队列单元120；
93.s603、基于多个先进先出队列单元120存储多行待提取数据；
94.s604、当多个先进先出队列单元120中各先进先出队列单元均存储有待提取数据时，基于特征提取单元130对多个先进先出队列单元120中存储的多行待提取数据进行特征提取，获得图像特征。
95.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
96.以上对本发明所提供的图像特征提取装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。