【正点原子FPGA连载】第五十三章 基于OV5640摄像头的二值化实验 -摘自【正点原子】新起点之FPGA开发指南_V2.1

第五十三章 基于OV5640摄像头的二值化实验

在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，图像的二值化使图像中数据量大为减少，还能凸显出目标的轮廓。图像二值化在计算机视觉、图像分割以及人工智能等方面有着广泛应用。在本章节将进行基于OV5640的二值化实验。
本章包括以下几个部分：
51.1 简介
51.2 实验任务
51.3 硬件设计
51.4 程序设计
51.5 下载验证
 
53.1 简介
图像二值化（ Image Binarization）就是将图像上的像素点的灰度值设置为最大（白色）或最小（黑色），也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程。这里以8bit表示的灰度图像为例（灰度值的范围为0~255），二值化就是通过选取适当的阈值，与图像中的256个亮度等级进行比较。亮度高于阈值的像素点设置为白色（255），低于阈值的像素点设置为黑色（0），从而明显地反映出图像的整体和局部特征。
在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，特别是在实时的图像处理中，通过二值图像来构成的系统有很多。要进行二值图像的处理与分析，首先要把灰度图像二值化，得到二值化图像，这样有利于在对图像做进一步处理时，图像的集合性质只与像素值为0或255的点的位置有关，不再涉及像素的多级值，使处理变得简单。为了得到理想的二值图像，一般采用封闭、连通的边界定义不交叠的区域。所有灰度大于或等于阈值的像素被判定为属于特定物体，其灰度值用255表示，否则这些像素点被排除在物体区域以外，灰度值为0，表示背景或者例外的物体区域。
实现二值化有两种方法，一种是手动指定一个阈值，通过阈值来进行二值化处理；另一种是一个自适应阈值二值化方法（OTSU算法和Kittle算法等）。使用第一种方法计算量小速度快，但在处理不同图像时颜色分布差别很大；使用第二种方法适用性强，能直接观测出图像的轮廓，但计算相对更复杂。本章节实验将使用第一种方法来实现图像的二值化。
如果某特定物体在内部有均匀一致的灰度值，并且其处在一个具有其他等级灰度值的均匀背景下，使用制定阈值的方法，可以得到比较有效的分割效果。如果物体同背景的差别表现不在灰度值上（比如纹理不同），可以将这个差别特征转换为灰度的差别，然后利用阈值选取技术来分割该图像。
53.2 实验任务
本节实验任务是在新起点开发板上使用OV5640摄像头采集RGB565数据，将数据转化成YCbCr格式，然后进行中值滤波，最后在将灰度值二值化，并通过HDMI显示。
53.3 硬件设计
本章节中硬件设计与“OV5640摄像头HDMI显示实验”完全相同，此处不再赘述。
53.4 程序设计
根据实验任务，首先设计如图 52.4.1所示的系统框图，本章实验的系统框架延续了“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”的整体架构。本次实验包括以下模块：时钟模块、SDRAM控制器模块、IIC驱动模块、IIC配置模块、摄像头采集模块、图像处理模块和HDMI顶层模块。其中时钟模块、SDRAM控制器模块、IIC驱动模块、IIC配置模块、摄像头采集模块和HDMI顶层模块本次实验没有做任何修改，这些模块在“OV5640摄像头HDMI显示实验”中已经说明过，这里不再详述，本次实验只是修改了图像处理模块。
OV5640的二值化实验系统框图如下图所示：

图 52.4.1 顶层系统框图
由上图可知，时钟模块（pll和pll_hdmi）为HDMI顶层模块、SDRAM控制模块以及IIC驱动模块提供驱动时钟。IIC驱动模块和IIC配置模块控制着传感器初始化的开始与结束，传感器初始化完成后将采集到的数据写入摄像头采集模块。数据在摄像头采集模块处理完成后写入图像处理模块，图像处理模块将摄像头数据进行处理后存入SDRAM控制模块。顶层模块从SDRAM控制模块中读出数据并驱动显示器显示，这时整个系统才完成了数据的采集、缓存与显示。需要注意的是图像数据采集模块是在SDRAM和传感器都初始化完成之后才开始输出数据的，避免了在SDRAM初始化过程中向里面写入数据。
顶层模块代码如下所示：

1   module ov5640_hdmi_img_binarization（    
2       input         sys_clk    ，  //系统时钟
3       input         sys_rst_n  ，  //系统复位，低电平有效
4       //摄像头 
5       input         cam_pclk   ，  //cmos 数据像素时钟
6       input         cam_vsync  ，  //cmos 场同步信号
7       input         cam_href   ，  //cmos 行同步信号
8       input  [7:0]  cam_data   ，  //cmos 数据  
9       output        cam_rst_n  ，  //cmos 复位信号，低电平有效
10      output        cam_pwdn   ，  //cmos 电源休眠模式选择信号
11      output        cam_scl    ，  //cmos SCCB_SCL线
12      inout         cam_sda    ，  //cmos SCCB_SDA线
13      //SDRAM 
14      output        sdram_clk  ，  //SDRAM 时钟
15      output        sdram_cke  ，  //SDRAM 时钟有效
16      output        sdram_cs_n ，  //SDRAM 片选
17      output        sdram_ras_n，  //SDRAM 行有效
18      output        sdram_cas_n，  //SDRAM 列有效
19      output        sdram_we_n ，  //SDRAM 写有效
20      output [1:0]  sdram_ba   ，  //SDRAM Bank地址
21      output [1:0]  sdram_dqm  ，  //SDRAM 数据掩码
22      output [12:0] sdram_addr ，  //SDRAM 地址
23      inout  [15:0] sdram_data ，  //SDRAM 数据    
24      //HDMI接口
25      output        tmds_clk_p，   // TMDS 时钟通道
26      output        tmds_clk_n，
27      output [2:0]  tmds_data_p，  // TMDS 数据通道
28      output [2:0]  tmds_data_n
29      ）;
30  
31  //parameter define
32  parameter SLAVE_ADDR    = 7'h3c          ; //OV5640的器件地址7'h3c
33  parameter BIT_CTRL      = 1'b1           ; //OV5640的字节地址为16位  0:8位 1:16位
34  parameter CLK_FREQ      = 27'd50_000_000 ; //i2c_dri模块的驱动时钟频率 
35  parameter I2C_FREQ      = 18'd250_000    ; //I2C的SCL时钟频率，不超过400KHz
36  parameter V_CMOS_DISP   = 11'd800        ; //CMOS分辨率--行
37  parameter H_CMOS_DISP   = 11'd1280       ; //CMOS分辨率--列 
38  parameter TOTAL_H_PIXEL = 13'd2570       ; //CMOS分辨率--行
39  parameter TOTAL_V_PIXEL = 13'd980        ;
40  
41  //wire define
42  wire        clk_100m           ;  //100mhz时钟，SDRAM操作时钟
43  wire        clk_100m_shift     ;  //100mhz时钟，SDRAM相位偏移时钟
44  wire        clk_50m            ;
45  wire        hdmi_clk           ;  
46  wire        hdmi_clk_5         ;  
47  wire        locked             ;
48  wire        locked_hdmi        ;
49  wire        rst_n              ;
50  wire        sys_init_done      ;  //系统初始化完成（sdram初始化+摄像头初始化）
51  wire        i2c_exec           ;  //I2C触发执行信号
52  wire [23:0] i2c_data           ;  //I2C要配置的地址与数据（高8位地址，低8位数据）          
53  wire        i2c_done           ;  //I2C寄存器配置完成信号
54  wire        i2c_dri_clk        ;  //I2C操作时钟
55  wire [ 7:0] i2c_data_r         ;  //I2C读出的数据
56  wire        i2c_rh_wl          ;  //I2C读写控制信号
57  wire        cam_init_done      ;  //摄像头初始化完成                         
58  wire        wr_en              ;  //sdram_ctrl模块写使能
59  wire [15:0] wr_data            ;  //sdram_ctrl模块写数据
60  wire        rd_en              ;  //sdram_ctrl模块读使能
61  wire [15:0] rd_data            ;  //sdram_ctrl模块读数据
62  wire        sdram_init_done    ;  //SDRAM初始化完成
63  wire [10:0] pixel_xpos_w       ;  //HDMI横坐标
64  wire [10:0] pixel_ypos_w       ;  //HDMI纵坐标
65  wire        post_frame_vsync   ;  //处理后的场信号
66  wire        post_frame_hsync   ;  //处理后的行信号
67  wire        post_frame_de      ;  //处理后的数据使能  
68  wire [15:0] post_rgb           ;  //处理后的数据 
69  
70  //*****************************************************
71  //**                    main code
72  //*****************************************************
73  
74  assign  rst_n = sys_rst_n & locked & locked_hdmi;
75  //系统初始化完成：SDRAM和摄像头都初始化完成
76  //避免了在SDRAM初始化过程中向里面写入数据
77  assign  sys_init_done = sdram_init_done & cam_init_done;
78  //电源休眠模式选择 0：正常模式 1：电源休眠模式
79  assign  cam_pwdn  = 1'b0;
80  assign  cam_rst_n = 1'b1;
81  
82  //锁相环
83  pll u_pll（
84      .areset             （~sys_rst_n），
85      .inclk0             （sys_clk），            
86      .c0                 （clk_100m），
87      .c1                 （clk_100m_shift），  
88      .c2                 （clk_50m），   
89      .locked             （locked）
90      ）;
91  
92  pll_hdmi    pll_hdmi_inst （
93      .areset             （ ~sys_rst_n  ），
94      .inclk0             （ sys_clk     ），
95      .c0                 （ hdmi_clk    ），//hdmi pixel clock 71Mhz
96      .c1                 （ hdmi_clk_5  ），//hdmi pixel clock*5 355Mhz
97      .locked             （ locked_hdmi ）
98      ）;
99       
100 //I2C配置模块
101 i2c_ov5640_rgb565_cfg u_i2c_cfg（
102     .clk                （i2c_dri_clk），
103     .rst_n              （rst_n      ），
104             
105     .i2c_exec           （i2c_exec   ），
106     .i2c_data           （i2c_data   ），
107     .i2c_rh_wl          （i2c_rh_wl  ），      //I2C读写控制信号
108     .i2c_done           （i2c_done   ）， 
109     .i2c_data_r         （i2c_data_r ），   
110                 
111     .cmos_h_pixel       （H_CMOS_DISP  ），    //CMOS水平方向像素个数
112     .cmos_v_pixel       （V_CMOS_DISP  ） ，   //CMOS垂直方向像素个数
113     .total_h_pixel      （TOTAL_H_PIXEL），    //水平总像素大小
114     .total_v_pixel      （TOTAL_V_PIXEL），    //垂直总像素大小
115         
116     .init_done          （cam_init_done） 
117     ）;    
118 
119 //I2C驱动模块
120 i2c_dri #（
121     .SLAVE_ADDR         （SLAVE_ADDR    ），    //参数传递
122     .CLK_FREQ           （CLK_FREQ      ），              
123     .I2C_FREQ           （I2C_FREQ      ） 
124     ）
125 u_i2c_dr（
126     .clk                （clk_50m       ），
127     .rst_n              （rst_n         ），
128 
129     .i2c_exec           （i2c_exec      ），   
130     .bit_ctrl           （BIT_CTRL      ），   
131     .i2c_rh_wl          （i2c_rh_wl     ），     //固定为0，只用到了IIC驱动的写操作   
132     .i2c_addr           （i2c_data[23:8]），   
133     .i2c_data_w         （i2c_data[7:0] ），   
134     .i2c_data_r         （i2c_data_r    ），   
135     .i2c_done           （i2c_done      ），    
136     .scl                （cam_scl       ），   
137     .sda                （cam_sda       ），
138     .dri_clk            （i2c_dri_clk   ）       //I2C操作时钟
139     ）;
140 
141 //CMOS图像数据采集模块
142 cmos_capture_data u_cmos_capture_data（         //系统初始化完成之后再开始采集数据 
143     .rst_n              （rst_n & sys_init_done），
144     
145     .cam_pclk           （cam_pclk ），
146     .cam_vsync          （cam_vsync），
147     .cam_href           （cam_href ），
148     .cam_data           （cam_data ），         
149     
150     .cmos_frame_vsync   （cmos_frame_vsync），
151     .cmos_frame_href    （cmos_frame_href），
152     .cmos_frame_valid   （wr_en    ），      //数据有效使能信号
153     .cmos_frame_data    （wr_data  ）       //有效数据 
154     ）;
155      
156  //图像处理模块
157 vip u_vip（
158     //module clock
159     .clk              （cam_pclk），           // 时钟信号
160     .rst_n            （rst_n    ），          // 复位信号（低有效）
161     //图像处理前的数据接口
162     .pre_frame_vsync  （cmos_frame_vsync   ），
163     .pre_frame_hsync  （cmos_frame_href   ），
164     .pre_frame_de     （wr_en   ），
165     .pre_rgb          （wr_data），
166     .xpos             （pixel_xpos_w   ），
167     .ypos             （pixel_ypos_w   ），
168     //图像处理后的数据接口
169     .post_frame_vsync （post_frame_vsync ），  // 场同步信号
170     .post_frame_hsync （ ），                  // 行同步信号
171     .post_frame_de    （post_frame_de ），     // 数据输入使能
172     .post_rgb         （post_rgb）            // RGB565颜色数据
173 
174 ）;   
175 
176 //SDRAM 控制器顶层模块，封装成FIFO接口
177 //SDRAM 控制器地址组成: {bank_addr[1:0]，row_addr[12:0]，col_addr[8:0]}
178 sdram_top u_sdram_top（
179     .ref_clk            （clk_100m），         //sdram 控制器参考时钟
180     .out_clk            （clk_100m_shift），   //用于输出的相位偏移时钟
181     .rst_n              （rst_n），            //系统复位
182                                             
183     //用户写端口                              
184     .wr_clk             （cam_pclk），         //写端口FIFO: 写时钟
185     .wr_en              （post_frame_de），    //写端口FIFO: 写使能
186     .wr_data            （post_rgb），         //写端口FIFO: 写数据   
187      
188     .wr_min_addr        （24'd0），            //写SDRAM的起始地址
189     .wr_max_addr        （V_CMOS_DISP*H_CMOS_DISP-1），   //写SDRAM的结束地址
190     .wr_len             （10'd512），          //写SDRAM时的数据突发长度
191     .wr_load            （~rst_n），           //写端口复位: 复位写地址，清空写FIFO
192                                             
193     //用户读端口                              
194     .rd_clk             （hdmi_clk），         //读端口FIFO: 读时钟
195     .rd_en              （rd_en），            //读端口FIFO: 读使能
196     .rd_data            （rd_data），          //读端口FIFO: 读数据
197     .rd_min_addr        （24'd0），            //读SDRAM的起始地址
198     .rd_max_addr        （V_CMOS_DISP*H_CMOS_DISP-1），   //读SDRAM的结束地址
199     .rd_len             （10'd512），          //从SDRAM中读数据时的突发长度
200     .rd_load            （~rst_n），           //读端口复位: 复位读地址，清空读FIFO
201                                                 
202     //用户控制端口                                
203     .sdram_read_valid   （1'b1），             //SDRAM 读使能
204     .sdram_pingpang_en  （1'b1），             //SDRAM 乒乓操作使能
205     .sdram_init_done    （sdram_init_done），  //SDRAM 初始化完成标志
206                                             
207     //SDRAM 芯片接口                                
208     .sdram_clk          （sdram_clk），        //SDRAM 芯片时钟
209     .sdram_cke          （sdram_cke），        //SDRAM 时钟有效
210     .sdram_cs_n         （sdram_cs_n），       //SDRAM 片选
211     .sdram_ras_n        （sdram_ras_n），      //SDRAM 行有效
212     .sdram_cas_n        （sdram_cas_n），      //SDRAM 列有效
213     .sdram_we_n         （sdram_we_n），       //SDRAM 写有效
214     .sdram_ba           （sdram_ba），         //SDRAM Bank地址
215     .sdram_addr         （sdram_addr），       //SDRAM 行/列地址
216     .sdram_data         （sdram_data），       //SDRAM 数据
217     .sdram_dqm          （sdram_dqm）         //SDRAM 数据掩码
218     ）;
219 
220 //例化HDMI顶层模块
221 hdmi_top u_hdmi_top（
222     .hdmi_clk       （hdmi_clk   ），
223     .hdmi_clk_5     （hdmi_clk_5 ），
224     .rst_n          （rst_n      ），
225                 
226     .rd_data        （rd_data    ），
227     .rd_en          （rd_en      ）， 
228     .h_disp         （），  
229     .v_disp         （），
230     .pixel_xpos     （pixel_xpos_w），
231     .pixel_ypos     （pixel_ypos_w），
232     .video_vs       （），  
233     .tmds_clk_p     （tmds_clk_p ），
234     .tmds_clk_n     （tmds_clk_n ），
235     .tmds_data_p    （tmds_data_p），
236     .tmds_data_n    （tmds_data_n）
237     ）;   
238 
239 endmodule 

FPGA顶层模块（ov5640_hdmi_img_binarization）例化了以下八个模块：时钟模块1（pll）、时钟模块2（pll_hdmi）、I2C驱动模块（i2c_dri）、I2C配置模块（i2c_ov5640_rgb565_cfg）、图像采集模块（cmos_capture_data）、图像处理模块（vip）、SDRAM控制模块（sdram_top）和HDMI顶层模块（hdmi_top）。
时钟模块：时钟模块通过调用PLL IP核实现，共输出5个时钟，频率分别为100M时钟、100M偏移-75度时钟、50M时钟、71Mhz时钟和355M时钟（HDMI像素时钟的5倍频）。其中pll 产生了50M时钟、100M时钟和100M偏移-75度时钟，pll_hdmi 产生了71Mhz时钟和355M时钟，这里之所以用两个锁相环是因为HDMI所用的时钟71Mhz与SDRAM控制模块使用的100M时钟不是整数倍，使用一个锁相环不符合设计要求。100Mhz时钟作为SDRAM控制模块的驱动时钟，100M偏移-75度时钟用来输出给外部SDRAM芯片使用，50Mhz时钟作为I2C驱动模块的驱动时钟，71Mhz时钟和355M时钟（HDMI像素时钟的5倍频）负责驱动HDMI顶层模块。
I2C驱动模块（i2c_dri）：I2C驱动模块负责驱动OV5640 SCCB接口总线，用户可根据该模块提供的用户接口可以很方便的对OV5640的寄存器进行配置，该模块和“EEPROM读写实验”章节中用到的I2C驱动模块为同一个模块，有关该模块的详细介绍请大家参考“EEPROM读写实验”章节。
I2C配置模块（i2c_ov5640_rgb565_cfg）：I2C配置模块的驱动时钟是由I2C驱动模块输出的时钟提供的，这样方便了I2C驱动模块和I2C配置模块之间的数据交互。该模块寄存需要配置的寄存器地址、数据以及控制初始化的开始与结束，同时该模块输出OV5640的寄存器地址和数据以及控制I2C驱动模块开始执行的控制信号，直接连接到I2C驱动模块的用户接口，从而完成对OV5640传感器的初始化。
图像采集模块（cmos_capture_data）：摄像头采集模块在像素时钟的驱动下将传感器输出的场同步信号、行同步信号以及8位数据转换成写使能信号和16位写数据信号，完成对OV5640传感器图像的采集。OV5640和OV7725图像输出时序非常相似，有关该模块的详细介绍请大家参考“OV7725摄像头LCD显示实验”章节。
图像处理模块（vip）：对采集后的图像数据进行处理，并将处理后的数据存入SDRAM控制模块。
SDRAM控制模块（sdram_top）：SDRAM读写控制器模块负责驱动SDRAM片外存储器，缓存图像传感器输出的图像数据。有关该模块的详细介绍请大家参考“SDRAM读写测试实验”章节。
HDMI顶层模块（hdmi_top）：HDMI顶层模块负责驱动HDMI显示器的驱动信号的输出，同时为其他模块提供显示器参数、场同步信号和数据请求信号。关HDMI顶层模块的详细介绍请大家参考“OV5640摄像头HDMI显示实验”章节。
vip模块框图如下图所示：

图 52.4.2 vip模块框图
vip模块例化了RGB转YCbCr模块（rgb2ycbcr）、中值滤波模块（vip_gray_median_jilter）和二值化模块（binarization）。RGB转YCbCr模块负责将摄像头采集的RGB565格式数据到转换为YUV格式的数据。中值滤波模块负责将YUV格式的视频图像进行中值滤波后输出。二值化模块负责将中值滤波后的视频图像进行二值化处理再输出。有关RGB转YCbCr模块的详细介绍请大家参考“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”章节。有关中值滤波模块的详细介绍请大家参考“基于OV5640的中值滤波实验”章节。
vip模块原理图如下图所示：

图 52.4.3 vip模块原理图
如上图所示，摄像头采集到16位rgb565输入vip模块，经过“rgb2ycbcr”模块转化为8位的yuv444数据，然后在将转化后的灰度数据（img_y）作为“vip_gray_median_filter”模块的输入，对灰度进行中值滤波处理，再将中值滤波后的数据输入进二值化模块，对数据进行二值化处理，最后输出经过二值化处理后的灰度数据“monoc”。
图像处理模块负责图像数据的格式转换，代码如下：

1  module vip（
2      //module clock
3      input           clk            ，   // 时钟信号
4      input           rst_n          ，   // 复位信号（低有效）
5  
6      //图像处理前的数据接口
7      input           pre_frame_vsync，   
8      input           pre_frame_hsync，
9      input           pre_frame_de   ，
10     input    [15:0] pre_rgb        ，
11     input    [10:0] xpos           ，
12     input    [10:0] ypos           ，
13 
14     //图像处理后的数据接口
15     output          post_frame_vsync，  // 场同步信号
16     output          post_frame_hsync，  // 行同步信号
17     output          post_frame_de   ，  // 数据输入使能
18     output   [15:0] post_rgb           // RGB565颜色数据
19 
20 ）;
21 
22 //wire define
23 wire   [ 7:0]         img_y;
24 wire   [ 7:0]         post_img_y;
25 wire                  pe_frame_vsync;
26 wire                  pe_frame_href;
27 wire                  pe_frame_clken;
28 wire                  ycbcr_vsync;
29 wire                  ycbcr_hsync;
30 wire                  ycbcr_de;
31 wire                  monoc;
32 
33 //*****************************************************
34 //**                    main code
35 //*****************************************************
36 
37 assign  post_rgb = {16{monoc}};
38 
39 //RGB转YCbCr模块
40 rgb2ycbcr u_rgb2ycbcr（
41     //module clock
42     .clk             （clk    ），            // 时钟信号
43     .rst_n           （rst_n  ），            // 复位信号（低有效）
44     //图像处理前的数据接口
45     .pre_frame_vsync （pre_frame_vsync），    // vsync信号
46     .pre_frame_hsync （pre_frame_hsync），    // href信号
47     .pre_frame_de    （pre_frame_de   ），    // data enable信号
48     .img_red         （pre_rgb[15:11] ），
49     .img_green       （pre_rgb[10:5 ] ），
50     .img_blue        （pre_rgb[ 4:0 ] ），
51     //图像处理后的数据接口
52     .post_frame_vsync（pe_frame_vsync），     // vsync信号
53     .post_frame_hsync（pe_frame_href），      // href信号
54     .post_frame_de   （pe_frame_clken），     // data enable信号
55     .img_y           （img_y），              //灰度数据
56     .img_cb          （），
57     .img_cr          （）
58 ）;
59 
60 //灰度图中值滤波
61 vip_gray_median_filter u_vip_gray_median_filter（
62     .clk    （clk），   
63     .rst_n  （rst_n）， 
64     
65     //预处理图像数据
66     .pe_frame_vsync （pe_frame_vsync），      // vsync信号
67     .pe_frame_href  （pe_frame_href），       // href信号
68     .pe_frame_clken （pe_frame_clken），      // data enable信号
69     .pe_img_y       （img_y），               
70                                            
71     //处理后的图像数据                     
72     .pos_frame_vsync （ycbcr_vsync），        // vsync信号
73     .pos_frame_href  （ycbcr_hsync），        // href信号
74     .pos_frame_clken （ycbcr_de），           // data enable信号
75     .pos_img_y       （post_img_y）          //中值滤波后的灰度数据
76 ）;
77 
78 //二值化模块
79 binarization  u_binarization（
80     .clk         （clk），
81     .rst_n       （rst_n），
82     //图像处理前的数据接口     
83     .ycbcr_vsync （ycbcr_vsync），
84     .ycbcr_hsync （ycbcr_hsync），
85     .ycbcr_de    （ycbcr_de），
86     .luminance   （post_img_y），
87     //图像处理后的数据接口     
88     .post_vsync  （post_frame_vsync），
89     .post_hsync  （post_frame_hsync），
90     .post_de     （post_frame_de），
91     .monoc       （monoc）                   //二值化后的数据
92 ）;
93 
94 endmodule

代码的第37行表示对二值化后的1bit灰度数据进行位拼接，形成16bit的RGB565格式的数据输出。
代码的第40行至58行是对灰度转换模块的例化，在该模块以摄像头采集的16位RGB565红、绿、蓝三原色数据作为输入数据，通过算法实现RGB到YCbCr的转换，并输出8位灰度数据，并输出数据输出使能信号。有关RGB转YCbCr模块的详细介绍请大家参考“OV5640摄像头HDMI灰度显示实验”章节。
代码的第61行至76行是对中值滤波模块的例化，该模块负责将YUV格式的视频图像进行中值滤波后输出。有关中值滤波模块的详细介绍请大家参考“基于OV5640的中值滤波实验”章节。
代码的第83行至96行是对二值化模块的例化，该模块主要是根据设定阈值，将图像化分为黑白两种颜色。
中值滤波模块和灰度转换模块在前面的章节已经讲解过，本次实验不在讲述。本次实验重点讲解二值化模块，下面是二值化模块的代码。

1  module binarization（
2      //module clock
3      input               clk             ，   // 时钟信号
4      input               rst_n           ，   // 复位信号（低有效）
5  
6      //图像处理前的数据接口
7      input               ycbcr_vsync     ，   // vsync信号
8      input               ycbcr_hsync     ，   // hsync信号
9      input               ycbcr_de        ，   // data enable信号
10     input   [7:0]       luminance       ，
11 
12     //图像处理后的数据接口
13     output              post_vsync      ，   // vsync信号
14     output              post_hsync      ，   // hsync信号
15     output              post_de         ，   // data enable信号
16     output   reg        monoc               // monochrome（1=白，0=黑）
17 ）;
18 
19 //reg define
20 reg    ycbcr_vsync_d;
21 reg    ycbcr_hsync_d;
22 reg    ycbcr_de_d   ;
23 
24 //*****************************************************
25 //**                    main code
26 //*****************************************************
27 
28 assign  post_vsync = ycbcr_vsync_d  ;
29 assign  post_hsync = ycbcr_hsync_d  ;
30 assign  post_de    = ycbcr_de_d     ;
31 
32 //二值化
33 always @（posedge clk or negedge rst_n） begin
34     if（!rst_n）
35         monoc <= 1'b0;
36     else if（luminance > 8'd64）  //阈值
37         monoc <= 1'b1;
38     else
39         monoc <= 1'b0;
40 end
41 
42 //延时1拍以同步时钟信号
43 always@（posedge clk or negedge rst_n） begin
44     if（!rst_n） begin
45         ycbcr_vsync_d <= 1'd0;
46         ycbcr_hsync_d <= 1'd0;
47         ycbcr_de_d    <= 1'd0;
48     end
49     else begin
50         ycbcr_vsync_d <= ycbcr_vsync;
51         ycbcr_hsync_d <= ycbcr_hsync;
52         ycbcr_de_d    <= ycbcr_de   ;
53     end
54 end
55 
56 endmodule 

二值化的主要原理就是，给出一个设定的阈值，将灰度值与该阈值比较，若灰度值大于该阈值则monoc为1，若小于阈值，则monoc为0，如代码第33到40行。理论上阈值可以是0到255中的任意值，但阈值过大，会提取多余的部分；而阈值过小，又会丢失所需的部分，因此阈值选取就是一个很重要的步骤。
在代码第43到54行，通过寄存操作对gray_vsync、gray_clken等信号作了一个时钟周期的延迟。这是因为在进行二值判定时消耗了一个时钟，因此相应的同步信号也要延迟一个时钟周期，以实现与数据的同步。
53.5 下载验证
编译完工程之后就可以开始下载程序了。将OV5640摄像头模块插在新起点开发板的“OLED/CAMERA”插座上，并将HDMI电缆一端连接到开发板上的HDMI插座、另一端连接到显示器。将下载器一端连电脑，另一端与开发板上的JTAG端口连接，连接电源线并打开电源开关。接下来我们下载程序，下载完成后观察HDMI显示器显示的二值化后的图案。如下图所示：

图 52.5.1HDMI实时显示二值化图像