[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_图像入门连载-15FPGA 实现图像OTSU 二值化处理

​ 软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
登录“米联客”FPGA社区 http://www.uisrc.com 视频课程、答疑解惑！

---

1 图像 OTSU 算法简介

Otsu（大津法）算法是由日本学者 OTSU 于 1979 年提出的一种对图像进行二值化的高效算法。原理上来讲， 该方法又称作最大类间方差法，因为按照大津法求得的阈值进行图像二值化分割后，前景与背景图像的类间方差最 大，是二值化的最佳全局阈值的算法。

为了说明大津法的计算过程，先来说明二值化的数学计算过程，假设一幅灰度图像用f (x, y) 表示，其二值化 的全局阈值使用 T 表示，二值化后的图像使用g(x, y) 表示，那么可以使用下公式表示：

大津法可以得到最佳的全局阈值 T，计算过程如下： 假设一幅图像的直方图用公式表示如下，

q = 0,1, 2..., L−1

其中，n 是像素总数，nq是灰度级为 q 的像素数量，L 是图像的灰度级。

灰度级小于 T 的像素集合，C2 是一组灰度级大于 T 的像素集合。选择最佳阈值 t，最大类方差σB(2)(t) 定义为：

σB(2)(t) = P1 (t)[m1 (t) − mG]2  + P2 (t)[m2 (t) − mG]2 这里，P1 (t) 是集合 C1 发生的概率：

比如，如果设置 t=0,那么拥有为 t 赋值的任何像素 C1 集合的概率为 0，类似的，集合 C2 的发生概率为

m1 (t) 和m2 (t) 分别是集合 C1 和 C2 中像素的平均灰度。mG是全局像素均值：

另外，直到灰度级 t 的平均灰度由公式给出：

展开σB(2)(t) 的表达式后，根据 可以推导出类间方差如下公式：

这个最终的公式计算十分有效，对于所有的阈值 t 来说，只需要参数 m 和P1 计算一次即可。

大津法的想法是，方差越大，就离完全分割图像的阈值更接近。注意，这个最佳阈值依赖于参数，可以直接从直方图中得到。另外， t 是出于 0 到 L-1 的所以整数，寻找最大方差，需要遍历所有的 t 值。

2 设计分析

2.1Matlab代码分析

源代码如下：

1. clear;clear all;clc;
   
2. image_in = imread('lena_1280x720.jpg'); [row,col,n] = size(image_in);
   
3. image_gray=rgb2gray(image_in);
   
4. threshold = graythresh(image_gray); %graythresh 函数是输入一副图像，获取图像合适的阈值
   
5. 
   
6. image_ostu1=im2bw(image_gray,threshold); %转换为二值图像 threshold = threshold *255;
   
7. subplot(311);
   
8. imshow(image_gray); title('the image gray image'); subplot(312);
   
9. imshow(image_ostu1); title('the image ostu1 image');
   
10. 
    
11. N=row*col; L=256;
    
12. for i=1:L
    
13. count(i)=length(find(image_gray==(i-1))); p(i)=count(i)/(row*col);
    
14. pp(i)=count(i); end
    
15. m_g=0;
    
16. for i=1:L
    
17. m_g=m_g+p(i)*(i-1); m(i)=m_g;
    
18. end
    
19. 
    
20. for i=1:L
    
21. p_k(i)=sum(p(1:i));
    
22. end
    
23. 
    
24. k=(m_g*p_k-m).^2./(p_k.*(1-p_k));
    
25. 
    
26. 
    
27. 
    
28. 
    
29. m_g1=0;
    
30. for i=1:L
    
31. m_g1=m_g1+pp(i)*(i-1); m1(i)=m_g1;
    
32. end
    
33. 
    
34. for i=1:L
    
35. pp_k(i)=sum(pp(1:i));
    
36. end
    
37. kk=((fix(m_g1/(row*col)))*(fix(pp_k/4096))-(fix(m1/4096))).^2./((fix(pp_k/4096)).*(225-(fix(pp_k/4096)))); %向零方向取整
    
38. t=(m_g1/(row*col))*(pp_k/4096)-(m1/4096); t1=225-pp_k/4096;
    
39. t2=(pp_k/4096).*(225-pp_k/4096); t3=(m1/4096);
    
40. t4=(pp_k/4096);
    
41. 
    
42. kkk=((m_g1/(row*col))*(pp_k/(row*col))-(m1/(row*col))).^2./((pp_k/(row*col)).*(1-pp_k/(row*col)));
    
43. 
    
44. [y1,th1]=max(kk);   [y2,th2]=max(kkk);
    
45. 
    
46. [y,th]=max(k);
    
47. 
    
48. for i=1:row
    
49. for j=1:col
    
50. if image_gray(i,j)>th      %阈值判定
    
51. image_ostu2(i,j)=255; else
    
52. image_ostu2(i,j)=0; end
    
53. end end
    
54. 
    
55. subplot(313);
    
56. imshow(image_ostu2);    title('the image ostu2 image');

复制代码

2.2Verilog代码分析

1. always@(posedge i_clk )
   
2. begin
   
3.         i_vsyn_d <=        i_vsyn;
   
4. end
   
5. 
   
6. always@(posedge i_clk )
   
7. begin
   
8.         if(!i_rst_n)
   
9.                 ap_clk <= 0;
   
10.         else
    
11.                 ap_clk <= ~ap_clk;
    
12. end
    
13. 
    
14. 
    
15. //***************************************************
    
16. //histogram
    
17. //***************************************************
    
18. always@(posedge i_clk )
    
19. begin
    
20.         if(i_vsyn && !i_vsyn_d)
    
21.         begin
    
22.                 hist_ram[0  ]<= 'd0;
    
23.         hist_ram[1  ]<= 'd0;
    
24.         hist_ram[2  ]<= 'd0;
    
25.         hist_ram[3  ]<= 'd0;
    
26.         hist_ram[4  ]<= 'd0;
    
27.         hist_ram[5  ]<= 'd0;
    
28.         hist_ram[6  ]<= 'd0;
    
29.         hist_ram[7  ]<= 'd0;
    
30.         hist_ram[8  ]<= 'd0;
    
31.         hist_ram[9  ]<= 'd0;
    
32.         hist_ram[10 ]<= 'd0;
    
33.         hist_ram[11 ]<= 'd0;
    
34.         hist_ram[12 ]<= 'd0;
    
35.         hist_ram[13 ]<= 'd0;
    
36.         hist_ram[14 ]<= 'd0;
    
37.         hist_ram[15 ]<= 'd0;
    
38.         hist_ram[16 ]<= 'd0;
    
39.         hist_ram[17 ]<= 'd0;
    
40.         hist_ram[18 ]<= 'd0;
    
41.         hist_ram[19 ]<= 'd0;
    
42.         hist_ram[20 ]<= 'd0;
    
43.         hist_ram[21 ]<= 'd0;
    
44.         hist_ram[22 ]<= 'd0;
    
45.         hist_ram[23 ]<= 'd0;
    
46.         hist_ram[24 ]<= 'd0;
    
47.         hist_ram[25 ]<= 'd0;
    
48.         hist_ram[26 ]<= 'd0;
    
49.         hist_ram[27 ]<= 'd0;
    
50.         hist_ram[28 ]<= 'd0;
    
51.         hist_ram[29 ]<= 'd0;
    
52.         hist_ram[30 ]<= 'd0;
    
53.         hist_ram[31 ]<= 'd0;
    
54.         hist_ram[32 ]<= 'd0;
    
55.         hist_ram[33 ]<= 'd0;
    
56.         hist_ram[34 ]<= 'd0;
    
57.         hist_ram[35 ]<= 'd0;
    
58.         hist_ram[36 ]<= 'd0;
    
59.         hist_ram[37 ]<= 'd0;
    
60.         hist_ram[38 ]<= 'd0;
    
61.         hist_ram[39 ]<= 'd0;
    
62.         hist_ram[40 ]<= 'd0;
    
63.         hist_ram[41 ]<= 'd0;
    
64.         hist_ram[42 ]<= 'd0;
    
65.         hist_ram[43 ]<= 'd0;
    
66.         hist_ram[44 ]<= 'd0;
    
67.         hist_ram[45 ]<= 'd0;
    
68.         hist_ram[46 ]<= 'd0;
    
69.         hist_ram[47 ]<= 'd0;
    
70.         hist_ram[48 ]<= 'd0;
    
71.         hist_ram[49 ]<= 'd0;
    
72.         hist_ram[50 ]<= 'd0;
    
73.         hist_ram[51 ]<= 'd0;
    
74.         hist_ram[52 ]<= 'd0;
    
75.         hist_ram[53 ]<= 'd0;
    
76.         hist_ram[54 ]<= 'd0;
    
77.         hist_ram[55 ]<= 'd0;
    
78.         hist_ram[56 ]<= 'd0;
    
79.         hist_ram[57 ]<= 'd0;
    
80.         hist_ram[58 ]<= 'd0;
    
81.         hist_ram[59 ]<= 'd0;
    
82.         hist_ram[60 ]<= 'd0;
    
83.         hist_ram[61 ]<= 'd0;
    
84.         hist_ram[62 ]<= 'd0;
    
85.         hist_ram[63 ]<= 'd0;
    
86.         hist_ram[64 ]<= 'd0;
    
87.         hist_ram[65 ]<= 'd0;
    
88.         hist_ram[66 ]<= 'd0;
    
89.         hist_ram[67 ]<= 'd0;
    
90.         hist_ram[68 ]<= 'd0;
    
91.         hist_ram[69 ]<= 'd0;
    
92.         hist_ram[70 ]<= 'd0;
    
93.         hist_ram[71 ]<= 'd0;
    
94.         hist_ram[72 ]<= 'd0;
    
95.         hist_ram[73 ]<= 'd0;
    
96.         hist_ram[74 ]<= 'd0;
    
97.         hist_ram[75 ]<= 'd0;
    
98.         hist_ram[76 ]<= 'd0;
    
99.         hist_ram[77 ]<= 'd0;
    
100.         hist_ram[78 ]<= 'd0;
     
101.         hist_ram[79 ]<= 'd0;
     
102.         hist_ram[80 ]<= 'd0;
     
103.         hist_ram[81 ]<= 'd0;
     
104.         hist_ram[82 ]<= 'd0;
     
105.         hist_ram[83 ]<= 'd0;
     
106.         hist_ram[84 ]<= 'd0;
     
107.         hist_ram[85 ]<= 'd0;
     
108.         hist_ram[86 ]<= 'd0;
     
109.         hist_ram[87 ]<= 'd0;
     
110.         hist_ram[88 ]<= 'd0;
     
111.         hist_ram[89 ]<= 'd0;
     
112.         hist_ram[90 ]<= 'd0;
     
113.         hist_ram[91 ]<= 'd0;
     
114.         hist_ram[92 ]<= 'd0;
     
115.         hist_ram[93 ]<= 'd0;
     
116.         hist_ram[94 ]<= 'd0;
     
117.         hist_ram[95 ]<= 'd0;
     
118.         hist_ram[96 ]<= 'd0;
     
119.         hist_ram[97 ]<= 'd0;
     
120.         hist_ram[98 ]<= 'd0;
     
121.         hist_ram[99 ]<= 'd0;
     
122.         hist_ram[100]<= 'd0;
     
123.         hist_ram[101]<= 'd0;
     
124.         hist_ram[102]<= 'd0;
     
125.         hist_ram[103]<= 'd0;
     
126.         hist_ram[104]<= 'd0;
     
127.         hist_ram[105]<= 'd0;
     
128.         hist_ram[106]<= 'd0;
     
129.         hist_ram[107]<= 'd0;
     
130.         hist_ram[108]<= 'd0;
     
131.         hist_ram[109]<= 'd0;
     
132.         hist_ram[110]<= 'd0;
     
133.         hist_ram[111]<= 'd0;
     
134.         hist_ram[112]<= 'd0;
     
135.         hist_ram[113]<= 'd0;
     
136.         hist_ram[114]<= 'd0;
     
137.         hist_ram[115]<= 'd0;
     
138.         hist_ram[116]<= 'd0;
     
139.         hist_ram[117]<= 'd0;
     
140.         hist_ram[118]<= 'd0;
     
141.         hist_ram[119]<= 'd0;
     
142.         hist_ram[120]<= 'd0;
     
143.         hist_ram[121]<= 'd0;
     
144.         hist_ram[122]<= 'd0;
     
145.         hist_ram[123]<= 'd0;
     
146.         hist_ram[124]<= 'd0;
     
147.         hist_ram[125]<= 'd0;
     
148.         hist_ram[126]<= 'd0;
     
149.         hist_ram[127]<= 'd0;
     
150.         hist_ram[128]<= 'd0;
     
151.         hist_ram[129]<= 'd0;
     
152.         hist_ram[130]<= 'd0;
     
153.         hist_ram[131]<= 'd0;
     
154.         hist_ram[132]<= 'd0;
     
155.         hist_ram[133]<= 'd0;
     
156.         hist_ram[134]<= 'd0;
     
157.         hist_ram[135]<= 'd0;
     
158.         hist_ram[136]<= 'd0;
     
159.         hist_ram[137]<= 'd0;
     
160.         hist_ram[138]<= 'd0;
     
161.         hist_ram[139]<= 'd0;
     
162.         hist_ram[140]<= 'd0;
     
163.         hist_ram[141]<= 'd0;
     
164.         hist_ram[142]<= 'd0;
     
165.         hist_ram[143]<= 'd0;
     
166.         hist_ram[144]<= 'd0;
     
167.         hist_ram[145]<= 'd0;
     
168.         hist_ram[146]<= 'd0;
     
169.         hist_ram[147]<= 'd0;
     
170.         hist_ram[148]<= 'd0;
     
171.         hist_ram[149]<= 'd0;
     
172.         hist_ram[150]<= 'd0;
     
173.         hist_ram[151]<= 'd0;
     
174.         hist_ram[152]<= 'd0;
     
175.         hist_ram[153]<= 'd0;
     
176.         hist_ram[154]<= 'd0;
     
177.         hist_ram[155]<= 'd0;
     
178.         hist_ram[156]<= 'd0;
     
179.         hist_ram[157]<= 'd0;
     
180.         hist_ram[158]<= 'd0;
     
181.         hist_ram[159]<= 'd0;
     
182.         hist_ram[160]<= 'd0;
     
183.         hist_ram[161]<= 'd0;
     
184.         hist_ram[162]<= 'd0;
     
185.         hist_ram[163]<= 'd0;
     
186.         hist_ram[164]<= 'd0;
     
187.         hist_ram[165]<= 'd0;
     
188.         hist_ram[166]<= 'd0;
     
189.         hist_ram[167]<= 'd0;
     
190.         hist_ram[168]<= 'd0;
     
191.         hist_ram[169]<= 'd0;
     
192.         hist_ram[170]<= 'd0;
     
193.         hist_ram[171]<= 'd0;
     
194.         hist_ram[172]<= 'd0;
     
195.         hist_ram[173]<= 'd0;
     
196.         hist_ram[174]<= 'd0;
     
197.         hist_ram[175]<= 'd0;
     
198.         hist_ram[176]<= 'd0;
     
199.         hist_ram[177]<= 'd0;
     
200.         hist_ram[178]<= 'd0;
     
201.         hist_ram[179]<= 'd0;
     
202.         hist_ram[180]<= 'd0;
     
203.         hist_ram[181]<= 'd0;
     
204.         hist_ram[182]<= 'd0;
     
205.         hist_ram[183]<= 'd0;
     
206.         hist_ram[184]<= 'd0;
     
207.         hist_ram[185]<= 'd0;
     
208.         hist_ram[186]<= 'd0;
     
209.         hist_ram[187]<= 'd0;
     
210.         hist_ram[188]<= 'd0;
     
211.         hist_ram[189]<= 'd0;
     
212.         hist_ram[190]<= 'd0;
     
213.         hist_ram[191]<= 'd0;
     
214.         hist_ram[192]<= 'd0;
     
215.         hist_ram[193]<= 'd0;
     
216.         hist_ram[194]<= 'd0;
     
217.         hist_ram[195]<= 'd0;
     
218.         hist_ram[196]<= 'd0;
     
219.         hist_ram[197]<= 'd0;
     
220.         hist_ram[198]<= 'd0;
     
221.         hist_ram[199]<= 'd0;
     
222.         hist_ram[200]<= 'd0;
     
223.         hist_ram[201]<= 'd0;
     
224.         hist_ram[202]<= 'd0;
     
225.         hist_ram[203]<= 'd0;
     
226.         hist_ram[204]<= 'd0;
     
227.         hist_ram[205]<= 'd0;
     
228.         hist_ram[206]<= 'd0;
     
229.         hist_ram[207]<= 'd0;
     
230.         hist_ram[208]<= 'd0;
     
231.         hist_ram[209]<= 'd0;
     
232.         hist_ram[210]<= 'd0;
     
233.         hist_ram[211]<= 'd0;
     
234.         hist_ram[212]<= 'd0;
     
235.         hist_ram[213]<= 'd0;
     
236.         hist_ram[214]<= 'd0;
     
237.         hist_ram[215]<= 'd0;
     
238.         hist_ram[216]<= 'd0;
     
239.         hist_ram[217]<= 'd0;
     
240.         hist_ram[218]<= 'd0;
     
241.         hist_ram[219]<= 'd0;
     
242.         hist_ram[220]<= 'd0;
     
243.         hist_ram[221]<= 'd0;
     
244.         hist_ram[222]<= 'd0;
     
245.         hist_ram[223]<= 'd0;
     
246.         hist_ram[224]<= 'd0;
     
247.         hist_ram[225]<= 'd0;
     
248.         hist_ram[226]<= 'd0;
     
249.         hist_ram[227]<= 'd0;
     
250.         hist_ram[228]<= 'd0;
     
251.         hist_ram[229]<= 'd0;
     
252.         hist_ram[230]<= 'd0;
     
253.         hist_ram[231]<= 'd0;
     
254.         hist_ram[232]<= 'd0;
     
255.         hist_ram[233]<= 'd0;
     
256.         hist_ram[234]<= 'd0;
     
257.         hist_ram[235]<= 'd0;
     
258.         hist_ram[236]<= 'd0;
     
259.         hist_ram[237]<= 'd0;
     
260.         hist_ram[238]<= 'd0;
     
261.         hist_ram[239]<= 'd0;
     
262.         hist_ram[240]<= 'd0;
     
263.         hist_ram[241]<= 'd0;
     
264.         hist_ram[242]<= 'd0;
     
265.         hist_ram[243]<= 'd0;
     
266.         hist_ram[244]<= 'd0;
     
267.         hist_ram[245]<= 'd0;
     
268.         hist_ram[246]<= 'd0;
     
269.         hist_ram[247]<= 'd0;
     
270.         hist_ram[248]<= 'd0;
     
271.         hist_ram[249]<= 'd0;
     
272.         hist_ram[250]<= 'd0;
     
273.         hist_ram[251]<= 'd0;
     
274.         hist_ram[252]<= 'd0;
     
275.         hist_ram[253]<= 'd0;
     
276.         hist_ram[254]<= 'd0;
     
277.         hist_ram[255]<= 'd0;
     
278.         end
     
279.         else if(i_en && i_vsyn)
     
280.         begin               
     
281.                 case(i_gray)
     
282.                 0  :hist_ram[0  ]<=hist_ram[0  ]+1'b1;
     
283.                 1  :hist_ram[1  ]<=hist_ram[1  ]+1'b1;
     
284.                 2  :hist_ram[2  ]<=hist_ram[2  ]+1'b1;
     
285.                 3  :hist_ram[3  ]<=hist_ram[3  ]+1'b1;
     
286.                 4  :hist_ram[4  ]<=hist_ram[4  ]+1'b1;
     
287.                 5  :hist_ram[5  ]<=hist_ram[5  ]+1'b1;
     
288.                 6  :hist_ram[6  ]<=hist_ram[6  ]+1'b1;
     
289.                 7  :hist_ram[7  ]<=hist_ram[7  ]+1'b1;
     
290.                 8  :hist_ram[8  ]<=hist_ram[8  ]+1'b1;
     
291.                 9  :hist_ram[9  ]<=hist_ram[9  ]+1'b1;
     
292.                 10 :hist_ram[10 ]<=hist_ram[10 ]+1'b1;
     
293.                 11 :hist_ram[11 ]<=hist_ram[11 ]+1'b1;
     
294.                 12 :hist_ram[12 ]<=hist_ram[12 ]+1'b1;
     
295.                 13 :hist_ram[13 ]<=hist_ram[13 ]+1'b1;
     
296.                 14 :hist_ram[14 ]<=hist_ram[14 ]+1'b1;
     
297.                 15 :hist_ram[15 ]<=hist_ram[15 ]+1'b1;
     
298.                 16 :hist_ram[16 ]<=hist_ram[16 ]+1'b1;
     
299.                 17 :hist_ram[17 ]<=hist_ram[17 ]+1'b1;
     
300.                 18 :hist_ram[18 ]<=hist_ram[18 ]+1'b1;
     
301.                 19 :hist_ram[19 ]<=hist_ram[19 ]+1'b1;
     
302.                 20 :hist_ram[20 ]<=hist_ram[20 ]+1'b1;
     
303.                 21 :hist_ram[21 ]<=hist_ram[21 ]+1'b1;
     
304.                 22 :hist_ram[22 ]<=hist_ram[22 ]+1'b1;
     
305.                 23 :hist_ram[23 ]<=hist_ram[23 ]+1'b1;
     
306.                 24 :hist_ram[24 ]<=hist_ram[24 ]+1'b1;
     
307.                 25 :hist_ram[25 ]<=hist_ram[25 ]+1'b1;
     
308.                 26 :hist_ram[26 ]<=hist_ram[26 ]+1'b1;
     
309.                 27 :hist_ram[27 ]<=hist_ram[27 ]+1'b1;
     
310.                 28 :hist_ram[28 ]<=hist_ram[28 ]+1'b1;
     
311.                 29 :hist_ram[29 ]<=hist_ram[29 ]+1'b1;
     
312.                 30 :hist_ram[30 ]<=hist_ram[30 ]+1'b1;
     
313.                 31 :hist_ram[31 ]<=hist_ram[31 ]+1'b1;
     
314.                 32 :hist_ram[32 ]<=hist_ram[32 ]+1'b1;
     
315.                 33 :hist_ram[33 ]<=hist_ram[33 ]+1'b1;
     
316.                 34 :hist_ram[34 ]<=hist_ram[34 ]+1'b1;
     
317.                 35 :hist_ram[35 ]<=hist_ram[35 ]+1'b1;
     
318.                 36 :hist_ram[36 ]<=hist_ram[36 ]+1'b1;
     
319.                 37 :hist_ram[37 ]<=hist_ram[37 ]+1'b1;
     
320.                 38 :hist_ram[38 ]<=hist_ram[38 ]+1'b1;
     
321.                 39 :hist_ram[39 ]<=hist_ram[39 ]+1'b1;
     
322.                 40 :hist_ram[40 ]<=hist_ram[40 ]+1'b1;
     
323.                 41 :hist_ram[41 ]<=hist_ram[41 ]+1'b1;
     
324.                 42 :hist_ram[42 ]<=hist_ram[42 ]+1'b1;
     
325.                 43 :hist_ram[43 ]<=hist_ram[43 ]+1'b1;
     
326.                 44 :hist_ram[44 ]<=hist_ram[44 ]+1'b1;
     
327.                 45 :hist_ram[45 ]<=hist_ram[45 ]+1'b1;
     
328.                 46 :hist_ram[46 ]<=hist_ram[46 ]+1'b1;
     
329.                 47 :hist_ram[47 ]<=hist_ram[47 ]+1'b1;
     
330.                 48 :hist_ram[48 ]<=hist_ram[48 ]+1'b1;
     
331.                 49 :hist_ram[49 ]<=hist_ram[49 ]+1'b1;
     
332.                 50 :hist_ram[50 ]<=hist_ram[50 ]+1'b1;
     
333.                 51 :hist_ram[51 ]<=hist_ram[51 ]+1'b1;
     
334.                 52 :hist_ram[52 ]<=hist_ram[52 ]+1'b1;
     
335.                 53 :hist_ram[53 ]<=hist_ram[53 ]+1'b1;
     
336.                 54 :hist_ram[54 ]<=hist_ram[54 ]+1'b1;
     
337.                 55 :hist_ram[55 ]<=hist_ram[55 ]+1'b1;
     
338.                 56 :hist_ram[56 ]<=hist_ram[56 ]+1'b1;
     
339.                 57 :hist_ram[57 ]<=hist_ram[57 ]+1'b1;
     
340.                 58 :hist_ram[58 ]<=hist_ram[58 ]+1'b1;
     
341.                 59 :hist_ram[59 ]<=hist_ram[59 ]+1'b1;
     
342.                 60 :hist_ram[60 ]<=hist_ram[60 ]+1'b1;
     
343.                 61 :hist_ram[61 ]<=hist_ram[61 ]+1'b1;
     
344.                 62 :hist_ram[62 ]<=hist_ram[62 ]+1'b1;
     
345.                 63 :hist_ram[63 ]<=hist_ram[63 ]+1'b1;
     
346.                 64 :hist_ram[64 ]<=hist_ram[64 ]+1'b1;
     
347.                 65 :hist_ram[65 ]<=hist_ram[65 ]+1'b1;
     
348.                 66 :hist_ram[66 ]<=hist_ram[66 ]+1'b1;
     
349.                 67 :hist_ram[67 ]<=hist_ram[67 ]+1'b1;
     
350.                 68 :hist_ram[68 ]<=hist_ram[68 ]+1'b1;
     
351.                 69 :hist_ram[69 ]<=hist_ram[69 ]+1'b1;
     
352.                 70 :hist_ram[70 ]<=hist_ram[70 ]+1'b1;
     
353.                 71 :hist_ram[71 ]<=hist_ram[71 ]+1'b1;
     
354.                 72 :hist_ram[72 ]<=hist_ram[72 ]+1'b1;
     
355.                 73 :hist_ram[73 ]<=hist_ram[73 ]+1'b1;
     
356.                 74 :hist_ram[74 ]<=hist_ram[74 ]+1'b1;
     
357.                 75 :hist_ram[75 ]<=hist_ram[75 ]+1'b1;
     
358.                 76 :hist_ram[76 ]<=hist_ram[76 ]+1'b1;
     
359.                 77 :hist_ram[77 ]<=hist_ram[77 ]+1'b1;
     
360.                 78 :hist_ram[78 ]<=hist_ram[78 ]+1'b1;
     
361.                 79 :hist_ram[79 ]<=hist_ram[79 ]+1'b1;
     
362.                 80 :hist_ram[80 ]<=hist_ram[80 ]+1'b1;
     
363.                 81 :hist_ram[81 ]<=hist_ram[81 ]+1'b1;
     
364.                 82 :hist_ram[82 ]<=hist_ram[82 ]+1'b1;
     
365.                 83 :hist_ram[83 ]<=hist_ram[83 ]+1'b1;
     
366.                 84 :hist_ram[84 ]<=hist_ram[84 ]+1'b1;
     
367.                 85 :hist_ram[85 ]<=hist_ram[85 ]+1'b1;
     
368.                 86 :hist_ram[86 ]<=hist_ram[86 ]+1'b1;
     
369.                 87 :hist_ram[87 ]<=hist_ram[87 ]+1'b1;
     
370.                 88 :hist_ram[88 ]<=hist_ram[88 ]+1'b1;
     
371.                 89 :hist_ram[89 ]<=hist_ram[89 ]+1'b1;
     
372.                 90 :hist_ram[90 ]<=hist_ram[90 ]+1'b1;
     
373.                 91 :hist_ram[91 ]<=hist_ram[91 ]+1'b1;
     
374.                 92 :hist_ram[92 ]<=hist_ram[92 ]+1'b1;
     
375.                 93 :hist_ram[93 ]<=hist_ram[93 ]+1'b1;
     
376.                 94 :hist_ram[94 ]<=hist_ram[94 ]+1'b1;
     
377.                 95 :hist_ram[95 ]<=hist_ram[95 ]+1'b1;
     
378.                 96 :hist_ram[96 ]<=hist_ram[96 ]+1'b1;
     
379.                 97 :hist_ram[97 ]<=hist_ram[97 ]+1'b1;
     
380.                 98 :hist_ram[98 ]<=hist_ram[98 ]+1'b1;
     
381.                 99 :hist_ram[99 ]<=hist_ram[99 ]+1'b1;
     
382.                 100:hist_ram[100]<=hist_ram[100]+1'b1;
     
383.                 101:hist_ram[101]<=hist_ram[101]+1'b1;
     
384.                 102:hist_ram[102]<=hist_ram[102]+1'b1;
     
385.                 103:hist_ram[103]<=hist_ram[103]+1'b1;
     
386.                 104:hist_ram[104]<=hist_ram[104]+1'b1;
     
387.                 105:hist_ram[105]<=hist_ram[105]+1'b1;
     
388.                 106:hist_ram[106]<=hist_ram[106]+1'b1;
     
389.                 107:hist_ram[107]<=hist_ram[107]+1'b1;
     
390.                 108:hist_ram[108]<=hist_ram[108]+1'b1;
     
391.                 109:hist_ram[109]<=hist_ram[109]+1'b1;
     
392.                 110:hist_ram[110]<=hist_ram[110]+1'b1;
     
393.                 111:hist_ram[111]<=hist_ram[111]+1'b1;
     
394.                 112:hist_ram[112]<=hist_ram[112]+1'b1;
     
395.                 113:hist_ram[113]<=hist_ram[113]+1'b1;
     
396.                 114:hist_ram[114]<=hist_ram[114]+1'b1;
     
397.                 115:hist_ram[115]<=hist_ram[115]+1'b1;
     
398.                 116:hist_ram[116]<=hist_ram[116]+1'b1;
     
399.                 117:hist_ram[117]<=hist_ram[117]+1'b1;
     
400.                 118:hist_ram[118]<=hist_ram[118]+1'b1;
     
401.                 119:hist_ram[119]<=hist_ram[119]+1'b1;
     
402.                 120:hist_ram[120]<=hist_ram[120]+1'b1;
     
403.                 121:hist_ram[121]<=hist_ram[121]+1'b1;
     
404.                 122:hist_ram[122]<=hist_ram[122]+1'b1;
     
405.                 123:hist_ram[123]<=hist_ram[123]+1'b1;
     
406.                 124:hist_ram[124]<=hist_ram[124]+1'b1;
     
407.                 125:hist_ram[125]<=hist_ram[125]+1'b1;
     
408.                 126:hist_ram[126]<=hist_ram[126]+1'b1;
     
409.                 127:hist_ram[127]<=hist_ram[127]+1'b1;
     
410.                 128:hist_ram[128]<=hist_ram[128]+1'b1;
     
411.                 129:hist_ram[129]<=hist_ram[129]+1'b1;
     
412.                 130:hist_ram[130]<=hist_ram[130]+1'b1;
     
413.                 131:hist_ram[131]<=hist_ram[131]+1'b1;
     
414.                 132:hist_ram[132]<=hist_ram[132]+1'b1;
     
415.                 133:hist_ram[133]<=hist_ram[133]+1'b1;
     
416.                 134:hist_ram[134]<=hist_ram[134]+1'b1;
     
417.                 135:hist_ram[135]<=hist_ram[135]+1'b1;
     
418.                 136:hist_ram[136]<=hist_ram[136]+1'b1;
     
419.                 137:hist_ram[137]<=hist_ram[137]+1'b1;
     
420.                 138:hist_ram[138]<=hist_ram[138]+1'b1;
     
421.                 139:hist_ram[139]<=hist_ram[139]+1'b1;
     
422.                 140:hist_ram[140]<=hist_ram[140]+1'b1;
     
423.                 141:hist_ram[141]<=hist_ram[141]+1'b1;
     
424.                 142:hist_ram[142]<=hist_ram[142]+1'b1;
     
425.                 143:hist_ram[143]<=hist_ram[143]+1'b1;
     
426.                 144:hist_ram[144]<=hist_ram[144]+1'b1;
     
427.                 145:hist_ram[145]<=hist_ram[145]+1'b1;
     
428.                 146:hist_ram[146]<=hist_ram[146]+1'b1;
     
429.                 147:hist_ram[147]<=hist_ram[147]+1'b1;
     
430.                 148:hist_ram[148]<=hist_ram[148]+1'b1;
     
431.                 149:hist_ram[149]<=hist_ram[149]+1'b1;
     
432.                 150:hist_ram[150]<=hist_ram[150]+1'b1;
     
433.                 151:hist_ram[151]<=hist_ram[151]+1'b1;
     
434.                 152:hist_ram[152]<=hist_ram[152]+1'b1;
     
435.                 153:hist_ram[153]<=hist_ram[153]+1'b1;
     
436.                 154:hist_ram[154]<=hist_ram[154]+1'b1;
     
437.                 155:hist_ram[155]<=hist_ram[155]+1'b1;
     
438.                 156:hist_ram[156]<=hist_ram[156]+1'b1;
     
439.                 157:hist_ram[157]<=hist_ram[157]+1'b1;
     
440.                 158:hist_ram[158]<=hist_ram[158]+1'b1;
     
441.                 159:hist_ram[159]<=hist_ram[159]+1'b1;
     
442.                 160:hist_ram[160]<=hist_ram[160]+1'b1;
     
443.                 161:hist_ram[161]<=hist_ram[161]+1'b1;
     
444.                 162:hist_ram[162]<=hist_ram[162]+1'b1;
     
445.                 163:hist_ram[163]<=hist_ram[163]+1'b1;
     
446.                 164:hist_ram[164]<=hist_ram[164]+1'b1;
     
447.                 165:hist_ram[165]<=hist_ram[165]+1'b1;
     
448.                 166:hist_ram[166]<=hist_ram[166]+1'b1;
     
449.                 167:hist_ram[167]<=hist_ram[167]+1'b1;
     
450.                 168:hist_ram[168]<=hist_ram[168]+1'b1;
     
451.                 169:hist_ram[169]<=hist_ram[169]+1'b1;
     
452.                 170:hist_ram[170]<=hist_ram[170]+1'b1;
     
453.                 171:hist_ram[171]<=hist_ram[171]+1'b1;
     
454.                 172:hist_ram[172]<=hist_ram[172]+1'b1;
     
455.                 173:hist_ram[173]<=hist_ram[173]+1'b1;
     
456.                 174:hist_ram[174]<=hist_ram[174]+1'b1;
     
457.                 175:hist_ram[175]<=hist_ram[175]+1'b1;
     
458.                 176:hist_ram[176]<=hist_ram[176]+1'b1;
     
459.                 177:hist_ram[177]<=hist_ram[177]+1'b1;
     
460.                 178:hist_ram[178]<=hist_ram[178]+1'b1;
     
461.                 179:hist_ram[179]<=hist_ram[179]+1'b1;
     
462.                 180:hist_ram[180]<=hist_ram[180]+1'b1;
     
463.                 181:hist_ram[181]<=hist_ram[181]+1'b1;
     
464.                 182:hist_ram[182]<=hist_ram[182]+1'b1;
     
465.                 183:hist_ram[183]<=hist_ram[183]+1'b1;
     
466.                 184:hist_ram[184]<=hist_ram[184]+1'b1;
     
467.                 185:hist_ram[185]<=hist_ram[185]+1'b1;
     
468.                 186:hist_ram[186]<=hist_ram[186]+1'b1;
     
469.                 187:hist_ram[187]<=hist_ram[187]+1'b1;
     
470.                 188:hist_ram[188]<=hist_ram[188]+1'b1;
     
471.                 189:hist_ram[189]<=hist_ram[189]+1'b1;
     
472.                 190:hist_ram[190]<=hist_ram[190]+1'b1;
     
473.                 191:hist_ram[191]<=hist_ram[191]+1'b1;
     
474.                 192:hist_ram[192]<=hist_ram[192]+1'b1;
     
475.                 193:hist_ram[193]<=hist_ram[193]+1'b1;
     
476.                 194:hist_ram[194]<=hist_ram[194]+1'b1;
     
477.                 195:hist_ram[195]<=hist_ram[195]+1'b1;
     
478.                 196:hist_ram[196]<=hist_ram[196]+1'b1;
     
479.                 197:hist_ram[197]<=hist_ram[197]+1'b1;
     
480.                 198:hist_ram[198]<=hist_ram[198]+1'b1;
     
481.                 199:hist_ram[199]<=hist_ram[199]+1'b1;
     
482.                 200:hist_ram[200]<=hist_ram[200]+1'b1;
     
483.                 201:hist_ram[201]<=hist_ram[201]+1'b1;
     
484.                 202:hist_ram[202]<=hist_ram[202]+1'b1;
     
485.                 203:hist_ram[203]<=hist_ram[203]+1'b1;
     
486.                 204:hist_ram[204]<=hist_ram[204]+1'b1;
     
487.                 205:hist_ram[205]<=hist_ram[205]+1'b1;
     
488.                 206:hist_ram[206]<=hist_ram[206]+1'b1;
     
489.                 207:hist_ram[207]<=hist_ram[207]+1'b1;
     
490.                 208:hist_ram[208]<=hist_ram[208]+1'b1;
     
491.                 209:hist_ram[209]<=hist_ram[209]+1'b1;
     
492.                 210:hist_ram[210]<=hist_ram[210]+1'b1;
     
493.                 211:hist_ram[211]<=hist_ram[211]+1'b1;
     
494.                 212:hist_ram[212]<=hist_ram[212]+1'b1;
     
495.                 213:hist_ram[213]<=hist_ram[213]+1'b1;
     
496.                 214:hist_ram[214]<=hist_ram[214]+1'b1;
     
497.                 215:hist_ram[215]<=hist_ram[215]+1'b1;
     
498.                 216:hist_ram[216]<=hist_ram[216]+1'b1;
     
499.                 217:hist_ram[217]<=hist_ram[217]+1'b1;
     
500.                 218:hist_ram[218]<=hist_ram[218]+1'b1;
     
501.                 219:hist_ram[219]<=hist_ram[219]+1'b1;
     
502.                 220:hist_ram[220]<=hist_ram[220]+1'b1;
     
503.                 221:hist_ram[221]<=hist_ram[221]+1'b1;
     
504.                 222:hist_ram[222]<=hist_ram[222]+1'b1;
     
505.                 223:hist_ram[223]<=hist_ram[223]+1'b1;
     
506.                 224:hist_ram[224]<=hist_ram[224]+1'b1;
     
507.                 225:hist_ram[225]<=hist_ram[225]+1'b1;
     
508.                 226:hist_ram[226]<=hist_ram[226]+1'b1;
     
509.                 227:hist_ram[227]<=hist_ram[227]+1'b1;
     
510.                 228:hist_ram[228]<=hist_ram[228]+1'b1;
     
511.                 229:hist_ram[229]<=hist_ram[229]+1'b1;
     
512.                 230:hist_ram[230]<=hist_ram[230]+1'b1;
     
513.                 231:hist_ram[231]<=hist_ram[231]+1'b1;
     
514.                 232:hist_ram[232]<=hist_ram[232]+1'b1;
     
515.                 233:hist_ram[233]<=hist_ram[233]+1'b1;
     
516.                 234:hist_ram[234]<=hist_ram[234]+1'b1;
     
517.                 235:hist_ram[235]<=hist_ram[235]+1'b1;
     
518.                 236:hist_ram[236]<=hist_ram[236]+1'b1;
     
519.                 237:hist_ram[237]<=hist_ram[237]+1'b1;
     
520.                 238:hist_ram[238]<=hist_ram[238]+1'b1;
     
521.                 239:hist_ram[239]<=hist_ram[239]+1'b1;
     
522.                 240:hist_ram[240]<=hist_ram[240]+1'b1;
     
523.                 241:hist_ram[241]<=hist_ram[241]+1'b1;
     
524.                 242:hist_ram[242]<=hist_ram[242]+1'b1;
     
525.                 243:hist_ram[243]<=hist_ram[243]+1'b1;
     
526.                 244:hist_ram[244]<=hist_ram[244]+1'b1;
     
527.                 245:hist_ram[245]<=hist_ram[245]+1'b1;
     
528.                 246:hist_ram[246]<=hist_ram[246]+1'b1;
     
529.                 247:hist_ram[247]<=hist_ram[247]+1'b1;
     
530.                 248:hist_ram[248]<=hist_ram[248]+1'b1;
     
531.                 249:hist_ram[249]<=hist_ram[249]+1'b1;
     
532.                 250:hist_ram[250]<=hist_ram[250]+1'b1;
     
533.                 251:hist_ram[251]<=hist_ram[251]+1'b1;
     
534.                 252:hist_ram[252]<=hist_ram[252]+1'b1;
     
535.                 253:hist_ram[253]<=hist_ram[253]+1'b1;
     
536.                 254:hist_ram[254]<=hist_ram[254]+1'b1;
     
537.                 255:hist_ram[255]<=hist_ram[255]+1'b1;
     
538.                 default:;
     
539.                 endcase
     
540.                
     
541.         end               
     
542. end
     
543. 
     
544. 
     
545. 
     
546. always@(posedge i_clk or negedge i_rst_n)
     
547. begin
     
548.         if(!i_rst_n)
     
549.                 ap_start_flag <= 0;
     
550.         else if(i_vsyn_d && (~i_vsyn))
     
551.                 ap_start_flag <= 1;
     
552.         else if(ap_start_cnt == 258)
     
553.                 ap_start_flag <= 0;                        
     
554. end
     
555. 
     
556. always@(posedge i_clk or negedge i_rst_n)
     
557. begin
     
558.         if(!i_rst_n)
     
559.                 ap_start_cnt <= 0;
     
560.         else if(ap_start_flag)
     
561.                 ap_start_cnt <= ap_start_cnt + 1;
     
562.         else
     
563.                 ap_start_cnt <= 0;
     
564. end
     
565. 
     
566. assign         ap_start                 = ap_start_flag;
     
567. assign         hist_q0                  = hist_ram[hist_address0];
     
568. assign         height                   = 720;                 
     
569. assign         width                    = 1280;
     
570. 
     
571. assign  o_valid                        = ap_done&ap_ready;
     
572. assign  o_threshold          = ap_return;
     
573.         
     
574. xfOtsuKernel grp_xfOtsuKernel(
     
575.     .ap_clk                        (ap_clk                                                        ),
     
576.     .ap_rst                        (!i_rst_n                                                ),
     
577.     .ap_start                (ap_start                                                ),
     
578.     .ap_done                (ap_done                                                ),
     
579.     .ap_idle                (                                                                ),
     
580.     .ap_ready                (ap_ready                                                ),
     
581.     .p_hist_address0(hist_address0                                        ),
     
582.     .p_hist_ce0                (hist_ce0                                                ),
     
583.     .p_hist_q0                (hist_q0                                                ),
     
584.     .p_height                (height                                                        ),
     
585.     .p_width                (width                                                        ),
     
586.     .ap_return                (ap_return                                                )
     
587. );
     
588. 
     
589. endmodule

复制代码

2.3 工程结构分析

我们将图像算法的模块做成 IP 后，在vivado 中进行工程的搭建，工程结构如图所示：

3 仿真及结果

3.1Matlab 实验结果

3.2Vivadosim实验结果

4 搭建 Vitis-sdk 工程

创建 soc_base  sdk  platform  和 APP  工程的过程不再重复，可以阅读 3-3-01_sdk_base_app。以下给出创建好 soc_base sdk platform 的截图和对应工程 APP 的截图。

4.1 创建 SDKPlatform工程

4.2SDKAPP工程

5 硬件连接

硬件连接如图所示：

6 上板实验结果

实验结果如图所示：