基于33的中值濾波的FPGA實(shí)現(xiàn).docx

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1、本科畢業(yè)論文系列開(kāi)題報(bào)告電子信息工程3*3的中值濾波算法的FPGA實(shí)現(xiàn)一、課題研究意義及現(xiàn)狀數(shù)字圖像處理（DigitalImageProcessing）是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)?，F(xiàn)實(shí)屮的數(shù)字圖像在數(shù)字化和傳輸過(guò)稈屮常受到成像設(shè)備與外部環(huán)境噪聲干擾等影響，成為含噪圖像。取出或減輕在獲取數(shù)字圖像屮的噪聲成為圖像去噪。圖像去噪可以有很多方法，最常用的有領(lǐng)域平均法、空河域低通濾波、頻率域低通濾波、多圖像平均法、屮值濾波。中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，中值濾波的基

2、本原理是：首先確定一個(gè)以某個(gè)像索為屮心點(diǎn)的領(lǐng)域，一般為方形領(lǐng)域；然后將領(lǐng)域屮的各個(gè)像索的灰度值進(jìn)行排序,取其屮間值作為屮心點(diǎn)像索灰度的新值，這里的領(lǐng)域通常被稱(chēng)為窗口。當(dāng)窗口在圖像屮上下左右進(jìn)行移動(dòng)后，利用中值濾波算法可以很好地對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理。1974年，Turkey釗対離散數(shù)據(jù)平滑問(wèn)題首先提出了屮值濾波的概念，后這種新的濾波思想很快就被引入到一些重要的數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，其屮圖像處理是最主要的一個(gè)方面。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)屮值濾波器用于解決圖像恢復(fù)問(wèn)題時(shí)，人們注意到它有兩個(gè)獨(dú)特的性能：（1）能較好地保護(hù)圖像細(xì)節(jié)（圖像灰度發(fā)生突變的地方）:⑵有很好的韌性（

3、或魯棒性），能較好地抑制遠(yuǎn)偏離高斯熨的，羨至不完全獨(dú)立于有川信號(hào)的各種噪聲。這些性能是人們所熟悉的線性濾波器所不具備的。為了解釋標(biāo)準(zhǔn)屮值濾波器的這些性能并且更加深刻地懂得屮指令操作，人們開(kāi)始研究標(biāo)準(zhǔn)屮值濾波的特性，并且取得了許多重要結(jié)論。理論分析和實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果祁使人們相信屮值濾波器在圖像處理屮有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。正是這樣，使得中值濾波算法得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是就標(biāo)準(zhǔn)屮值濾波器而占一，它有一個(gè)主要的問(wèn)題是它會(huì)造成圖像屮相對(duì)濾波窗口較為“細(xì)小”的某些諸如細(xì)線、拐角等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的破壞或丟失，而這些細(xì)小結(jié)構(gòu)卻往往包含著圖像中非常重要的信息。為了不至于

4、丟掉太多的有用細(xì)節(jié)，我們就不得不選用小的濾波窗口，然而在圖像濾噪屮，好的濾波效果要要求大的濾波窗口，這就形成了一對(duì)尖銳的矛陌。此外，用于圖像處理時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)屮值濾波器往往會(huì)造成圖像邊緣的不穩(wěn)定抖動(dòng)，還有就是標(biāo)準(zhǔn)中值濾波器在應(yīng)用屮只有濾波窗口的大小和形狀可供調(diào)整（大多數(shù)情況下窗口形狀為J下方形，因此可供改變以適應(yīng)不同應(yīng)用的參數(shù)往往只有正方形窗口的邊長(zhǎng)），缺乏必要的靈活性。屮值濾波算法的核心是快速求出屮間灰度值。傳統(tǒng)的排序法如冒泡法，運(yùn)算量巨大。而用硬件實(shí)現(xiàn)不僅要消耗大量的資源，而且運(yùn)算速度很慢，難以滿足圖像系統(tǒng)處理的實(shí)時(shí)性要求,若使用通用的軟件方法

5、，由于處理過(guò)程需要進(jìn)行大量的簡(jiǎn)單計(jì)算，因此會(huì)消耗不少時(shí)間而影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。隨著現(xiàn)代電了技術(shù)的發(fā)展，用FPGA來(lái)完成屮值濾波這類(lèi)運(yùn)算簡(jiǎn)單但數(shù)據(jù)量巨大的處理，無(wú)疑是一種理想的選擇。針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)3x3的窗口采用排序算法，可以在很大程度上減少運(yùn)算量，且易于用較少的駛件資源實(shí)現(xiàn)。二、課題研究的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)屮值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，其基本原理是：首先確定一個(gè)以某個(gè)像素為屮心點(diǎn)的領(lǐng)域，一般為方形領(lǐng)域；然后將領(lǐng)域屮的各個(gè)像素的灰度值進(jìn)行排序，取其中間值作為小心點(diǎn)像素灰度的新值，這里的領(lǐng)域通常被稱(chēng)為

6、窗口。當(dāng)窗口在圖像屮上下左右進(jìn)行移動(dòng)后，利用屮值濾波算法可以很好地對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理。因此木課題主要涉及到如下研究?jī)?nèi)容：1.杳找圖像處理的去噪的各種實(shí)現(xiàn)方法和圖像處理的概念。2.杏找資料，全面了解屮值濾波的算法、原理、功能和應(yīng)用領(lǐng)域及意義。3.了解各種中值濾波的實(shí)現(xiàn)方法，比較不同方法之間的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。4.掌握3*3屮值濾波的算法基木原理。5.掌握中值濾波的FPGA實(shí)現(xiàn)原理，熟悉QuartusI嗽件、VHDL語(yǔ)言編程方式。6.掌握FPGA的原理和FGPA設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)基于3*3屮值濾波的FPGA實(shí)現(xiàn)電路，對(duì)于3x3的窗口采用了一種快速排序算法，

7、可以在很大程度上減少運(yùn)算量，且易于用較少的硬件資源實(shí)現(xiàn)。7.編寫(xiě)VHDL的屮值濾波的稈序，包括3*3圖像的采用窗口；屮值濾波器模塊的源程序。并在QuartusII平臺(tái)上完成屮值濾波器的仿真波形。預(yù)期目標(biāo)：提供基于FPGA的3*3+值濾波器實(shí)現(xiàn)的方案和完鶴源程序，并提交所有模塊和頂層模塊的仿真波形。三、課題研究的方法及措施木項(xiàng)目的研究基于3*3的FPGA屮值濾波設(shè)計(jì)，主要通過(guò)大量的查閱屮值濾波和EPGA的相關(guān)資料，先了解屮值濾波的工作原理，組成模塊，并按模塊分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。并口了解FPGA的相關(guān)知識(shí)。采用quartusII軟件，編寫(xiě)基于3*3

8、屮值濾波的FPGA的實(shí)現(xiàn)的VHDL語(yǔ)言并完成系統(tǒng)仿真，先好好研讀有關(guān)的參考書(shū)，上網(wǎng)杏閱有關(guān)設(shè)計(jì)，從根木上掌握它。在遇到問(wèn)題時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改正。具體