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基于FPGA的实时图像中值滤波算法及实现_蒋涛
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2017-03-08
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基于FPGA的实时图像中值滤波算法及实现_蒋涛
1 引言 数字图像处理中, 中值滤波因其与输入信号序列的映射关 系,在去除脉冲噪声上有比较好的效果,很多学者针对中值滤波 技术进行研究, 提出了很多改进算法。现场可编程逻辑门阵列 (Field Programmable Gate Arrays,FPGA) 技术在数字信号处理中 的应用,将逐渐成为前端信号处理的主流。本文论述了一种实时 图像中值滤波算法的基本原理以及采用 Altera 公司的 Cyclone Ⅱ系列 FPGA 具体实现方法。 2 中值滤波原理 2.1 传统中值滤波 传统中值滤波可以用公式表示为: 其中: 和 分别为输入和输出像素的灰度值,S 为 模板窗口。传统中值滤波要对模板窗口内的所有像素之间进行 比较排序,最后找到中值作为输出结果。对于一个 N×N 大小的 窗口,按照冒泡排序查找中值需要进行 次比较。对 于一幅 512×512 大小的图像,采用 5×5 窗口,整个滤波过程需要 7500 万次的比较。因此传统中值滤波运算量较大,很难满足实 时性要求。 2.2 快速中值滤波 针对传统中值滤波无法在图像预处理里中满足实时性要 求,文献[3]中提到的快速滤波算法,对 3×3 窗口采用不完全排序, 经过 16 次的比较找出 3×3 窗口内 9 个灰度值的中值,而且更适 合于 FPGA 硬件平台。考虑到随着图像尺寸越来越大,和更好的 滤除噪声,大窗口滤波越来越体现出它的优势,本文在此基础上, 提出 5×5 窗口的快速中值滤波算法。 在噪声系数较高的图像中, 采用 3×3 窗口并不能很好的完 成滤波任务。表 1 是对一幅 1024×1024 大小的图像加不同程度 的噪声后,滤波结果的客观评价。峰值信噪比(PSNR)是最普遍的 图像画质的客观测量方法,可以看出,噪声系数越高,采用 5×5 窗 口滤波越有优势。实际上用视觉主观判断也很容易发现 5×5 窗 口滤波后的效果更好。
1 引言 数字图像处理中, 中值滤波因其与输入信号序列的映射关 系,在去除脉冲噪声上有比较好的效果,很多学者针对中值滤波 技术进行研究, 提出了很多改进算法。现场可编程逻辑门阵列 (Field Programmable Gate Arrays,FPGA) 技术在数字信号处理中 的应用,将逐渐成为前端信号处理的主流。本文论述了一种实时 图像中值滤波算法的基本原理以及采用 Altera 公司的 Cyclone Ⅱ系列 FPGA 具体实现方法。 2 中值滤波原理 2.1 传统中值滤波 传统中值滤波可以用公式表示为: 其中: 和 分别为输入和输出像素的灰度值,S 为 模板窗口。传统中值滤波要对模板窗口内的所有像素之间进行 比较排序,最后找到中值作为输出结果。对于一个 N×N 大小的 窗口,按照冒泡排序查找中值需要进行 次比较。对 于一幅 512×512 大小的图像,采用 5×5 窗口,整个滤波过程需要 7500 万次的比较。因此传统中值滤波运算量较大,很难满足实 时性要求。 2.2 快速中值滤波 针对传统中值滤波无法在图像预处理里中满足实时性要 求,文献[3]中提到的快速滤波算法,对 3×3 窗口采用不完全排序, 经过 16 次的比较找出 3×3 窗口内 9 个灰度值的中值,而且更适 合于 FPGA 硬件平台。考虑到随着图像尺寸越来越大,和更好的 滤除噪声,大窗口滤波越来越体现出它的优势,本文在此基础上, 提出 5×5 窗口的快速中值滤波算法。 在噪声系数较高的图像中, 采用 3×3 窗口并不能很好的完 成滤波任务。表 1 是对一幅 1024×1024 大小的图像加不同程度 的噪声后,滤波结果的客观评价。峰值信噪比(PSNR)是最普遍的 图像画质的客观测量方法,可以看出,噪声系数越高,采用 5×5 窗 口滤波越有优势。实际上用视觉主观判断也很容易发现 5×5 窗 口滤波后的效果更好。
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