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世界關注:STM32 圖像處理函式庫介紹

作者:意法半導體AI技術創新中心

STM32 圖像處理函式庫STM32IPL是由 C 語言所編寫的開放原始碼軟件函式庫,提供了圖像處理和計算機視覺功能,能加快在意法半導體(ST)的STM32 微控制器上開發視覺分析的應用。本產品在最新版 (v3.1.0)FP-AI-VISION1 功能套件中以STM32Cube 中間件的形式推出。


(資料圖)

一般來說,視覺深度學習模型的輸入不同于相機拍攝的圖像,深度學習輸入因為具有不同維度及圖像格式,會需要預先處理原圖,例如縮放、影像格式轉換和標準化等。而STM32IPL可提供實用且現成的軟件套件,以簡化及加速影像預處理功能的開發。

主要特色

STM32IPL的主要特色如下:

-為開發人員提供實用且現成的軟件套件,節省開發STM32平臺圖像處理和計算機視覺應用的時間。

-滿足使用嵌入式系統的圖像處理及計算機視覺功能時最常見的需求。

-透過最大程度的封裝和隱藏,簡化且加速應用程序的開發、降低常見之圖像處理的復雜度,并提升計算機視覺運算的能效。

STM32IPL依不同功能配置于各種模塊中,如下圖所示:

這些模塊可被劃分至以下分組:

- 函式庫初始化和去初始化分組(深綠模塊)

- 影像建立、初始化和發布等分組(淺綠色模塊)

- 影像轉換功能,如濾波、色彩轉換、縮放、morphological operators及warping等分組(深黃色模塊)

- 特征和對象擷取功能,如邊緣和斑點偵測器以及霍夫轉換等分組(淺黃色模塊)

- 線條、長方形和橢圓形等圖形操作功能分組(深藍模塊)

- 影像讀取和寫入功能的分組(淺藍模塊)

- 在影像內繪制圖形元素的功能分組(深灰模塊)

- 最后一個群組包含計算完整圖像和圖像統計等其他模塊(淺灰模塊)

下方照片為STM32IPL的圖像處理功能范例:

原圖:

經高斯濾波器處理后:

經坎尼邊緣偵測算法處理后:

鏡面翻轉后:

180° 旋轉后:

軟件架構

采用STM32IPL的典型STM32應用程序軟件架構如下所示:

STM32IPL位于BSP和HAL的中間件內,除了下列兩種利用了部分STM32 MCU所提供的硬件功能之外,絕大部分的STM32IPL功能皆不受平臺影響:

-在檔案上執行讀取/寫入作業的I/O功能。指的是兩個用于處理受支持影像文件格式 (如 BMP、PPM、PGM 和 JPEG)的讀取/寫入函式。上述函式的運作仰賴于下列第三方開放原始碼函式庫(屬于STM32Cube中間件組件的一部分):

oFatFs提供在FatFS文件系統上的讀取/寫入操作功能。例如讀取和寫入 microSD卡內的影像。

oLibJPEG提供JPEG編碼和譯碼功能。

-此函式能讓STM32 DMA2D在屏幕上快速繪制圖像,其中DMA2D為適用于圖形作業的硬件加速器。

高階功能范例

本章節以霍夫轉換和物體偵測兩項高階功能作為范例,說明其運作原理及對于影像的作用:

霍夫轉換

霍夫轉換是一種能偵測簡易形狀的特征擷取方法,而 “簡易” 是指可以用少數參數來表示的圖案,例如:一條線可由斜率、截距兩項參數做表示,而圓形則是以圓心坐標和半徑三項參數做表示。因此,霍夫轉換技術十分適用于在圖像中找出像是線條、圓形的圖案。

STM32IPL支持兩種霍夫轉換功能:

-STM32Ipl_FindLines() 可透過霍夫轉換找出影像中所有線條。

-STM32Ipl_FindCircles() 則可透過霍夫轉換找出影像中的圓形。

下方兩張照片展示了使用霍夫轉換偵測線條的結果。

原圖:

經過霍夫轉換的線條偵測后結果:

然而,偵測到的線條質量有很大程度取決于edge map,因此在實務上,使用霍夫轉換技術的前提是要能夠控制環境,從而得出一致的edge map,或是透過訓練邊緣偵測器,找出所需的特定邊緣種類。

下方兩張照片為使用霍夫轉換偵測圓形的結果,結果同樣有很大程度取決于可用邊緣的質量,以及對于所需偵測圓形尺寸的先備知識。

原圖:

經過霍夫轉換的圓形偵測后結果:

物體偵測

物體偵測是一種計算機視覺技術,可辨識和定位圖像或影片中的物體,此技術常用于自駕車、機器人、人臉辨識等情境。

STM32IPL提供三種物體偵測功能:

-STM32Ipl_LoadFaceCascade() 載入正面臉部串行。

-STM32Ipl_LoadEyeCascade() 載入眼部串行。

-STM32Ipl_DetectObject() 偵測特定串行描述的對象。

下方照片展示了臉部偵測和眼部偵測兩項功能的結果:

原圖:

經過眼部和臉部偵測后結果:

若欲取得此STM32IPL函式庫,使用者必需下載最新的FP-AI-VISION1功能套件,存取路徑如下:

FP-AI-VISION1_V3.1.0\Middlewares\ST\STM32_ImageProcessing_Library\Inc

關鍵詞: 圖像處理 計算機視覺 軟件架構 應用程序 兩張照片

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