33的中值滤波算法的FPGA实现【开题报告】.doc

1、毕业论文开题报告 电子信息工程 3*3 的中值滤波算法的 FPGA 实现 一、课题研究意义及现状 数字图像处理 (Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。 现实中的数字图像在数字化和传输过程中常受到成像设备与外部环境噪声干扰等影响，成为含噪图像。取出 或 减轻在获取数字图像中的噪声成为图像去噪。 图像去噪可以有很多方法，最常用的有领域平均法、空间域低通滤波、频率域低通滤波、多图像平均法、中值滤波。 中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效 抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原 理 是 ： 首先确定一

2、个以某个像素为中心点的领域 ， 一般为方形领域 ； 然后将领域中的各个像素的灰度值进行排序 ,取其中间值作为中心点像素灰度的新值 ， 这里的领域通常被称为窗口 。 当窗口在图像中上下左右进行移动后 ， 利用中值滤波算法可以很好地对图像进行平滑处理。 1974年， Turkey针对离散数据平滑问题首先提出了中值滤波的概念，后这种新的滤波思想很快就被引入到一些重要的数字信号处理领域，其中图像处理是最主要的一个方面。当标准中值滤波器用于解决图像恢复问题时，人们注意到它有两个独 特的性能： (1)能较好地保护图像细节 (图像灰度发生突变的地方 )： (2)有很好的韧性 (或鲁棒性 )，能较好地抑制远偏

3、离高斯型的，甚至不完全独立于有用信号的各种噪声。这些性能是人们所熟悉的线性滤波器所不具备的。为了解释标准中值滤波器的这些性能并且更加深刻地懂得中指令操作，人们开始研究标准中值滤波的特性，并且取得了许多重要结论。理论分析和实际应用的结果都使人们相信中值滤波器在图像处理中有独到的优势。正是这样，使得中值滤波算法得到了越来越广泛的应用。但是就标准中值滤波器而占，它有一个主要的问题是它会造成图像中相对滤波 窗口较为“细小”的某些诸如细线、拐角等细节结构的破坏或丢失，而这些细小结构却往往包含着图像中非常重要的信息。为了不至于丢掉太多的有用细节，我们就不得不选用小的滤波窗口，然而在图像滤噪中，好的滤波效果

4、要要求大的滤波窗口，这就形成了一对尖锐的矛盾。此外，用于图像处理时，标准中值滤波器往往会造成图像边缘的不稳定抖动，还有就是标准中值滤波器在应用中只有滤波窗口的大小和形状可供调整 (大多数情况下窗口形状为 J下方形，因此可供改变以适应不同应用的参数往往只有正方形窗口的边长 )，缺乏必要的灵活性。 中值滤波算法的核心是快速 求出中间灰度值。传统的排序法如冒泡法，运算量巨大。而用硬件实现不仅要消耗大量的资源，而且运算速度很慢，难以满足图像系统处理的实时性要求， 若使用通用的软件方法，由于处理过程需要进行大量的简单计算，因此会消耗不少时间而影响系统的实时性。随着现代电子技术的发展，用 FPGA 来完成

5、中值滤波这类运算简单但数据量巨大的处理，无疑是一种理想的选择。 针对这种情况设计了一个对 3x3 的窗口采用排序算法，可以在很大程度上减少运算量，且易于用较少的硬件资源实现。 二、课题研究的主要内容和预期目标 中值滤波是基于排序统计理论的一种能有 效抑制噪声的非线性信号处理技术， 其 基本原理 是 ： 首先确定一个以某个像素为中心点的领域 ， 一般为方形领域 ； 然后将领域中的各个像素的灰度值进行排序 ， 取其中间值作为中心点像素灰度的新值 ， 这里的领域通常被称为窗口 。 当窗口在图像中上下左右进行移动后 ， 利用中值滤波算法可以很好地对图像进行平滑处理。因此本课题主要涉及到如下研究内容：

6、1查找图像处理的去噪的各种实现方法和图像处理的概念。 2查找资料，全面了解中值滤波的算法、原理、功能和应用领域及意义。 3了解各种中值滤波的实现方法，比较不同方法之间的优点和缺点。 4掌 握 3*3中值滤波的算法基本原理。 5. 掌握中值滤波的 FPGA实现原理，熟悉 Quartus II软件、 VHDL语言编程方式。 6掌握 FPGA的原理和 FGPA设计方法， 设计基于 3*3中值滤波的 FPGA实现电路，对于 3x3的窗口采用了一种快速排序算法，可以在很大程度上减少运算量，且易于用较少的硬件资源实现。 7. 编写 VHDL 的中值滤波的程序 ,包括 3*3 图像的采用窗口；中值滤波器模块

7、的源程序。并在Quartus II 平台上完成 中值滤波 器的 仿真 波形。 预期目标：提供基于 FPGA的 3*3 中值滤波器实现的方案和完整源程序，并提交所有模块和顶层模块的仿真波形。 三、课题研究的方法及措施 本项目的研究基于 3*3 的 FPGA 中值滤波设计，主要通过大量的查阅中值滤波和 FPGA 的相关资料，先了解中值滤波的工作原理，组成模块，并按模块分别实现各个功能。并且了解 FPGA 的相关知识。采用 quartus II 软件，编写基于 3*3 中值滤波的 FPGA 的实现的 VHDL 语言并完成系统仿真，先好好研读有关的参考书，上网查阅有关设计，从根本上掌握它 。在遇到问题

8、时，根据实际情况进行相应的调整和改正。具体方法如下图： 图 基于 3*3 的 FPGA 中值滤波结构图 主要难点：编写程序、中值滤波的模块、仿真波形 四、课题研究进度计划 毕业设计期限：自 2010 年 10 月 17 至 2011年 4月初。 第一阶段（ 1 周） 完成选题，明确任务，查找 FPGA 的相关资料，掌握中值滤波的功能应用及实现原理，了解中值滤波的设计原理，初步确定中值滤波的 FPGA 实现和总体设计方案； 第二阶段（ 2 周） 查找图像处理和中值滤波的有关资料及相关论文，了解中值滤 波的多种设计方法，完成文献综述。查找与中值滤波有关的外文文献，对外文文献进行仔细审阅及翻译，完成

9、外文文献翻译； 第三阶段（ 2 周） 对文献综述进行进一步修改，完善内容及文本格式。着手完成开题报告，准备开题答辩； 第四阶段（ 3 周） 着手按模块进行编程，完成对中值滤波的 VHDL 语言的实现，同时做出基于 3*3 的中值滤波的一个仿真，观察结果，比对结果的正确与否 第五阶段（ 3 周） 总和所有设计内容，撰写毕业论文，完善与修改毕业论文；做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。 五、参考文献 1 侯建 华 , 基于小波及其统计特性的图像去噪方法研究 D.湖北武汉 :华中科技大学 ,20 07. 2 顾建雄 , 红外图像增强算法研究 D.甘肃兰州 :兰州大学 .2

10、009. 3 沈凤龙 , 雨天气条件下图像复原方法研究 D. 辽宁沈阳 :沈阳大学 ,2008. 4 邓晓郑 ,焦李成等 ,基于克隆选择和多重空间构造的彩色图像分割 J.电子与信息学报 , 2010.8,32(8):1792-1797. 5 陈杨 ,陈荣娟 ,郭颖辉 . Matlab 6. X图形编程与图像处理 M.西安 :西安电子科技大学出版社 ,2002. 6 Callage C N,Wise G L.A theoretical analysis of the properties of median filters. J.IEEE Trans,1981,ASSP-29:1136-1141

11、. 7 王积分 ,张新荣 . 计算机图象识别 M.北京中国铁道出版社 ,1988,5. 8 夏德深 . 现代图像处理技术及应用 M.南京 :东南大学出版社 ,1997,7. 9 卢洋 ,杨晓斌 . 基于点检测的脉冲噪声中值滤波算法 J.南昌工程学院学报 . 2009.2,28 (1):12-15. 10 Brownrigg D R K.The Weighted Median FilterJ.Communication of ACM,1984,27(8):8 07-818. 11 杨恒伏 ,孙光 ,田祖伟 基于 HVS特性的图像自适应中值滤波算法 J. 计算机工程 . 20 09,35(11):

12、231-234. 12 杨春玲 ,朱敏 EDA技术与试验 M.哈尔滨工业大学出版社 ,2009.4. 13 吴频 , 宣 祥 光 等 . 图 像 的 中 值 滤 波 算 法 及 其 FPGA 实现 J. 计 算 机 测 量 与 控制 .2008,16(11):1072-1076. 14 Wendt P D,Coyle E J,Gallagher N C, Digital Picture Processing,J.IEEE Trans.Acoust.,S peech,Signal Processing,1986,34:398-911. 15 张建明 ,刘颖 ,刘福来等 . 基于发光二极管阵列的光学中值滤波的实现 J. 红外与毫米波学报 ,1995,14(3):5-8. 16 熊金泉 ,李鉴庆 . 用 C 语言在微机上 实现中值滤波及其快速算法 J. 江西教育学院学报 (自然科学 ), 1992,20(6):13-17.