基于33的中值濾波的FPGA實現(xiàn)【開題報告+文獻綜述+畢業(yè)論文】

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1、本科畢業(yè)論文系列開題報告電子信息工程3*3的中值濾波算法的FPGA實現(xiàn)一、課題研究意義及現(xiàn)狀數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)是通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)?，F(xiàn)實中的數(shù)字圖像在數(shù)字化和傳輸過程中常受到成像設備與外部環(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)字圖像中的噪聲成為圖像去噪。圖像去噪可以有很多方法，最常用的有領域平均法、空間域低通濾波、頻率域低通濾波、多圖像平均法、中值濾波。中值濾波是基于排序統(tǒng)計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù)，中值濾波的基本原理是：首先確定一個以某

2、個像素為中心點的領域，一般為方形領域；然后將領域中的各個像素的灰度值進行排序,取其中間值作為中心點像素灰度的新值，這里的領域通常被稱為窗口。當窗口在圖像中上下左右進行移動后，利用中值濾波算法可以很好地對圖像進行平滑處理。1974年，Turkey針對離散數(shù)據(jù)平滑問題首先提出了中值濾波的概念，后這種新的濾波思想很快就被引入到一些重要的數(shù)字信號處理領域，其中圖像處理是最主要的一個方面。當標準中值濾波器用于解決圖像恢復問題時，人們注意到它有兩個獨特的性能：(1)能較好地保護圖像細節(jié)(圖像灰度發(fā)生突變的地方)：(2)有很好的韌性(或魯棒性)，能較好地抑制遠偏離高斯型的，甚至不完

3、全獨立于有用信號的各種噪聲。這些性能是人們所熟悉的線性濾波器所不具備的。為了解釋標準中值濾波器的這些性能并且更加深刻地懂得中指令操作，人們開始研究標準中值濾波的特性，并且取得了許多重要結(jié)論。理論分析和實際應用的結(jié)果都使人們相信中值濾波器在圖像處理中有獨到的優(yōu)勢。正是這樣，使得中值濾波算法得到了越來越廣泛的應用。但是就標準中值濾波器而占，它有一個主要的問題是它會造成圖像中相對濾波窗口較為“細小”的某些諸如細線、拐角等細節(jié)結(jié)構(gòu)的破壞或丟失，而這些細小結(jié)構(gòu)卻往往包含著圖像中非常重要的信息。為了不至于丟掉太多的有用細節(jié)，我們就不得不選用小的濾波窗口，然而在圖像濾噪中，好的濾波

4、效果要要求大的濾波窗口，這就形成了一對尖銳的矛盾。此外，用于圖像處理時，標準中值濾波器往往會造成圖像邊緣的不穩(wěn)定抖動，還有就是標準中值濾波器在應用中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不同應用的參數(shù)往往只有正方形窗口的邊長)，缺乏必要的靈活性。中值濾波算法的核心是快速求出中間灰度值。傳統(tǒng)的排序法如冒泡法，運算量巨大。而用硬件實現(xiàn)不僅要消耗大量的資源，而且運算速度很慢，難以滿足圖像系統(tǒng)處理的實時性要求，若使用通用的軟件方法，由于處理過程需要進行大量的簡單計算，因此會消耗不少時間而影響系統(tǒng)的實時性。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，用

5、FPGA來完成中值濾波這類運算簡單但數(shù)據(jù)量巨大的處理，無疑是一種理想的選擇。針對這種情況設計了一個對3x3的窗口采用排序算法，可以在很大程度上減少運算量，且易于用較少的硬件資源實現(xiàn)。二、課題研究的主要內(nèi)容和預期目標中值濾波是基于排序統(tǒng)計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù)，其基本原理是：首先確定一個以某個像素為中心點的領域，一般為方形領域；然后將領域中的各個像素的灰度值進行排序，取其中間值作為中心點像素灰度的新值，這里的領域通常被稱為窗口。當窗口在圖像中上下左右進行移動后，利用中值濾波算法可以很好地對圖像進行平滑處理。因此本課題主要涉及到如下研究內(nèi)容：1．查找

6、圖像處理的去噪的各種實現(xiàn)方法和圖像處理的概念。2．查找資料，全面了解中值濾波的算法、原理、功能和應用領域及意義。3．了解各種中值濾波的實現(xiàn)方法，比較不同方法之間的優(yōu)點和缺點。4．掌握3*3中值濾波的算法基本原理。5.掌握中值濾波的FPGA實現(xiàn)原理，熟悉QuartusII軟件、VHDL語言編程方式。6．掌握FPGA的原理和FGPA設計方法，設計基于3*3中值濾波的FPGA實現(xiàn)電路，對于3x3的窗口采用了一種快速排序算法，可以在很大程度上減少運算量，且易于用較少的硬件資源實現(xiàn)。7.編寫VHDL的中值濾波的程序,包括3*3圖像的采用窗口；中值濾波器模塊的源程序。并在Quar

7、tusII平臺上完成中值濾波器的仿真波形。預期目標：提供基于FPGA的3*3中值濾波器實現(xiàn)的方案和完整源程序，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本項目的研究基于3*3的FPGA中值濾波設計，主要通過大量的查閱中值濾波和FPGA的相關資料，先了解中值濾波的工作原理，組成模塊，并按模塊分別實現(xiàn)各個功能。并且了解FPGA的相關知識。采用quartusII軟件，編寫基于3*3中值濾波的FPGA的實現(xiàn)的VHDL語言并完成系統(tǒng)仿真，先好好研讀有關的參考書，上網(wǎng)查閱有關設計，從根本上掌握它。在遇到問題時，根據(jù)實際情況進行相應的調(diào)整和改正。