随机游走算法在路面破损图像检测中的硬件实现.pdf

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1、第32卷第08期计算机仿真2015年08月文章编号：1006—9348(2015)08-0203—04随机游走算法在路面破损图像检测中的硬件实现李国燕1，王新强2(1．天津城建大学计算机与信息工程学院，天津300384；2．天津中德职业技术学院信息与通信学院，天津300350)摘要：针对传统基于CPU平台的路面破损检测系统难以满足实时性和计算性能的问题，利用随机游走算法对梯度信息的敏感性，将其应用于路面破损图像特征提取，并基于现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)硬件平台进行设计与实现。硬件设计中采用阵列结构的滤波器

2、完成主要的运算，并行化和流水的滤波器有效地利用了算法内在的并行性和FPGA本身的并行结构。仿真结果表明，算法在提高路面破损检测率的基础上，满足路面检测系统对实时性的要求。关键词：路面破损；特征提取；随机游走算法；滤波阵列；可编程门阵列中图分类号：TP301文献标识码：BHardwareImplementationofRandomWalkAlgorithminPavementDistressDetectionSystemLIGuo—yanl，WANGXin—qian92(1．SchoolofComputerandInformationEngineering，Ti

3、觚jinChengjianUniversity，Tianjin300384，China；2．SchoolofInformationandCommunication，TianjinSino—GermanVocationalTechnicalCollege，Tianjin，300350，China)ABSTRACT：Thetraditionalpavementdistressdetectionsystemisdifficulttosatisfythereal—timeandcomputation-alneedsbasedonCPUplatform．Thesensi

4、tivityofrandomwalkalgorithmofgradientinformationisappliedtothepavementdistressimagefeatureextractionandimplementedonFPGAplatforminthispaper．Thefilterarraystructureofhardwarecompletesthemainoperations，andtheparallelandpipelinefiltertakestheadvantageoftheinherentparallelismofthealgori

5、thmandFPGAitselfparallelstructureeffectiv由，whichCanimprovethespeedofprocessing．Thesimulationresultsshowthatthesystemachievesgoodresultsandmeetsthepavementdetectioninreal—timere-quirements．KEYWORDS：Pavementdistress；Featureextraction；Randomwalkalgorithm；Filterarray；FPGA1引言将数字图像处理技术应用于

6、公路路面破损检测，既可以解放劳动力，又能快速而准确地对公路路况进行评价。但是，由于实际处理的图像数据量巨大，传统基于CPU的检测系统存在处理速度慢、效率低的缺点，难以满足图像处理实时性的要求。FPGA作为一种广泛使用的可编程逻辑器件，具有动态配置的灵活性、能实现流水并行设计的特点⋯。它的发展，为提高图像处理系统各种性能提供了新的思路和方法。图像分割实现将裂缝从路面背景图像中分离出来，它是收稿日期：2015—01—28修回日期：2015—06—11路面图像破损检测的关键步骤之一，该算法直接影响检测的效率和准确度。常用的路面图像分割算法是类间方差阈值分割法，该算法

7、求解不具备天然的并行结构，移植到FPGA平台不能获得较快的处理速度。随机游走算法是一种基于图论的图像处理算法，它对噪声具有鲁棒性，对微弱边缘具有良好的响应雎。4J，而且算法的求解具有天然的并行结构，便于硬件电路实现。因此，本文利用随机游走算法对梯度信息的敏感性，将随机游走算法应用于路面破损图像的分割，并在FPGA可重构计算平台上进行了设计与实现。将算法最耗时的分类概率函数求解转换为阵列结构的滤波器求解，并重点设计了滤波器模块。仿真结果证明，FPGA平台设计实现的随机游走算法不但提高了图像破损识别的效率，而且满足了实时性要求。．．．——203．．．——2随机游走

8、算法及其应用分析随机游走算法是一种基于