Расчет среднего, отклонения и стандартного отклонения
Инструментарий/статистика HDL Vision
Блок «Статистика изображения» вычисляет среднее значение, дисперсию и стандартное отклонение потоковых видеоданных. Каждый расчет выполняется по всем пикселям в интересующей области ввода (ROI). Блок реализует вычисления, используя аппаратно-эффективные алгоритмы.
Этот блок использует потоковый пиксельный интерфейс с шиной для сигналов управления кадрами. Этот интерфейс позволяет блоку работать независимо от размера и формата изображения. Все блоки Vision HDL Toolbox™ используют один и тот же потоковый интерфейс. Блок принимает значение скалярного пикселя и шину, которая содержит пять управляющих сигналов. Сигналы управления указывают достоверность каждого пикселя и его местоположение в кадре. Чтобы преобразовать кадр (пиксельную матрицу) в поток пикселей и управляющие сигналы, используйте блок «От кадра к пикселям». Полное описание интерфейса см. в разделе Потоковый пиксельный интерфейс.
Чтобы изменить размер и размеры ROI, можно манипулировать входными сигналами управления видеопотоком. См. Регионы интересов.
Количество допустимых пикселей во входном изображении влияет на точность средней аппроксимации. Чтобы избежать ошибки аппроксимации, используйте изображение, которое содержит число, кратное 64n пикселов, до 64n + 1 пикселов, где n равно 0, 1, 2 или 3. Подробные сведения о средней аппроксимации см. в разделе Алгоритм.
Блок вычисляет статистику по кадрам размером до 644 (16, 777, 216) пикселей. Этот размер поддерживает кадры высокой четкости.
Вычисления среднего, дисперсии и стандартного отклонения строятся друг на друге. Для эффективности аппаратных средств логика вычислений используется совместно, как показано на рисунке.
Уравнение для вычисления точного среднего значения пикселя требует больших внутренних длин слов и дорогостоящей логики деления.
Вместо использования этого уравнения блок вычисляет среднее с помощью ряда из четырех накопителей, которые вычисляют среднее для сегмента пикселей. Сначала блок находит сумму окна в 64 пикселя и нормализуется.
Затем он накапливает 64 предыдущих окна и нормализуется.
Третий аккумулятор суммирует 64 окон 64 × 64 и нормализуется таким же образом.
Четвёртый аккумулятор суммирует 64 окон 64 × 64 × 64 и нормализуется.
Каждый допустимый пиксель накапливается по мере его поступления. Его расположение в строке или кадре не влияет на логику накопления.
Когда vEnd принимают, блок способствует любым оставшимся данным в четырех уровнях среднего вычисления для вычисления конечного выходного сигнала. Если счетчик накопителя не имеет значения 64, когда vEnd приходит, этот уровень нормализуется на фактическое значение счетчика. Константы для этого умножения хранятся в таблице поиска (LUT). Четыре накопителя совместно используют один LUT и множитель. Значения в LUT находятся в ufix18_en17 типа данных, так что умножитель помещается в блок DSP на FPGA.
Этот метод вычисления среднего является точным, когда количество пикселей в кадре выравнивается vEnd с окончательным опрокидыванием аккумулятора. Это выравнивание происходит на уровне 2, когда кадр содержит кратное 64 пикселям и менее 642 (4096) пикселям. Это происходит на уровне 3, когда кадр содержит число, кратное 4096 пикселям. Это происходит на уровне 4, когда кадр содержит кратное 643 пикселям. Этот способ также является точным, когда кадр имеет менее 64 пикселей, потому что необходим только первый накопитель.
Однако, когда количество пикселей в кадре не соответствует этим условиям, блок должен нормализовать окончательное накопление, прежде чем счетчик достигнет 64. Эта нормализация вносит ошибку в расчет на последующих уровнях. На рисунке показана ошибка нормализации, введенная в среднее вычисление по размерам изображения под 4096 пикселов. Всплески возникают там, где размер изображения кратен 64 пикселям.
Для изображений размером более 4096 пикселей такой же эффект имеет место при кратных 4096 пикселям и при кратных 643 пикселям.
Блок вычисляет дисперсию входных пикселей, используя следующее уравнение:
− мк2
Среднее и среднее значение квадратичного ввода вычисляются параллельно. Блок вычисляет среднее значение квадратов, используя тот же метод аппроксимации, что и в предыдущем разделе.
Блок вычисляет квадратный корень дисперсии с помощью конвейерного алгоритма установки битов и проверки. Этот алгоритм вычисляет квадратный корень, используя сложение и сдвиги, а не множители. Для N-битового входа результат имеет N битов точности.
Этот метод является аппаратно эффективным для общих входов. Если данные имеют известные характеристики, обеспечивающие более эффективную реализацию квадратного корня, можно отключить вычисление в этом блоке и создать собственную логику из поддерживаемых HDL блоков.
От кадра до пикселов | visionhdl.ImageStatistics | 2-D Среднее значение (Панель инструментов компьютерного зрения) | 2-D Стандартное отклонение (Панель инструментов компьютерного зрения) | 2-D Отклонение (Панель инструментов компьютерного зрения)