FPGA在图像处理中的中值滤波的实现
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１ ３ ６ ・
科 技 论 坛
Ｆ Ｐ Ｇ Ａ在图像处理 中的中值滤波 的实现
乔 磊 于 长 江
（ 安徽理工大学 电气信 息与工程 学院， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ ０ ） 摘 要： 在 图像的采集和传榆环 节中， 图像在 由于采集的设备和方法的原 因， 会产 生不同程度 的干扰 ， 这些干扰会使 图像产 生噪 声和 变形等缺 陷， 图像质量的降低会使后 续处理产生影响。因此 ， 对 于图像的滤波和图像增 强就显得尤为重要 。为 了保证 图像质量 、 保 存图像 细节， 通常会对 图像进 行滤波处理 ， 这样 既能去除噪声又能保证保证 图像 细节不丢失。在这其 中 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ由于其快速 的处理数据 的能力而
研究『 Ｊ １ ． 电子 程 师 ， ２ ０ ０ ４ （ ６ ） ．
图 ２ 空 间域 图像 处 理
［ ４ 】 刘德 良， 姚春 莲 ， 李炜， 等． 多分辨 率 图像 实时采 集 系统的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ
逻 辑 设计 【 Ｊ ］ ． 电子 技 术 应 用 ， ２ ０ ０ ３ （ ３ ） ． 【 ５ 】 侯伯亨 ， 顾新 ． Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ硬件描述语 言与数 字逻辑 电路 设计【 Ｍ】 ． 西安： 西安电子科技 大学出版社 ， ２ ０ ０ ４ ．
一
限 Ｉ 一 ～… ｌ ｌ ｌ
Ｄ ａ ｔ ａ Ａ ， ＝ ｊ Ｄ ３ ３ Ｆ － － １ Ｉ Ｄ ３ ２ ｌ ｋ
Ｉ
ｌ １
Ａ ２ １ Ｄ ２ ３ Ｉ ＝ ｊ Ｄ ２ ２
ｌ
Ｉ
Ａ３
Ｉ —Ｄ Ｉ ３ Ｉ － ｔ Ｄ １ ２ ｋ ＿ － ’ Ｉ
被 广 泛 用 于 图像 处理 领 域 。
关键词 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 图像处理 ； 中值滤法
１ 图像 处 理方 法
图像增强 的方法通常有频率域方法和空间域方法两类 ， 频率域 方法是 首先先对 图像 数据进行变换 ，然后 对图像 的变 换值进行 运 算， 最后通 过逆变换得 到处 理后的 图像 ， 其处理过程 如图 １所示 。 其中， ｆ（ Ｘ， Ｙ） 是 输入 图像 函数 ， Ｆ（ Ｕ， ｖ） 是 ｆ（ ｘ， Ｙ） 经过 傅 立叶变换后得到 的频率域函数。Ｇ（ Ｕ， ｖ） 是经过处理后 的函数 ， ｇ （ ｘ， Ｙ） 是 Ｇ（ Ｕ， ｖ） 经过傅立 叶反 变换得 到的空 间域函数 ， 频 率 域 内的图像信息噪声一般集 中在高频段 ， 所以对待频率域内的噪声 般利用低通滤波 的方法去除噪声 空 间域处理方法是直接对空间中的像素进行处理 。 是 以灰度映 射变换为基础 。所用的映射变换取决于增强 的 目的， 其 中增加图像 对 比对 、 改善图像 灰度层次等处理方法均属于空间域处理 。现在 的 空 间域处理方法一 般采用邻域平 均滤波法和 中值 滤波法来 消除噪
法『 Ｊ １ ＿ 传感技 术学报 ， ２ ０ ０ ７ （ ３ ） ． 【 ２ 】 马锐 ， 魏 学业一种 Ｃ Ｃ Ｄ图像相 关处理 系统 的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ＋ Ｄ Ｓ Ｐ实现 【 Ｊ ｌ Ｉ ． 北方交通大学学报 ， ２ ０ Ｏ ４ （ ３ ） ． ［ ３ 】 徐婉 荣， 刘建军 ， 黄新 生． 基于 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ和 Ｄ Ｓ Ｐ的 高速 图像 采 集 技 术
一 一
输 入 ｊ ６ （ ｘ ＇ ｙ ） 输ａ ｔ ｆ （ ： ， 空间域处理
、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
成， 对于 ２ ５ ６ Ｘ ２ ５ ６的 图像 ， 设初始地址为 ａ ｄ ｄ ｒ ＝ ｌ 。 参 考文 献
【 １ １ 叶敏， 周文晖， 顾伟康． 基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的实时图像滤波及边缘检测方
图４ ３× ３滤 波 窗 口
声， 空间域处理方法如图 ２所示 。
在整 个图像完成 的过程 中，图像 处理系统是 其 中最耗 时的环 个像 素数据 ， 像素的亮度分量存放在 Ｓ Ｒ Ａ Ｍ的低 ８位 ， 因此只读取 节， 由于其处理数据 和信息量非常 的大 ， 因此 图像 处理 的速 度决定 存储单元 的低 ８ 位， 即图像 的亮度分量 ， 从 而得 到一 幅灰度 图像 。 快 了整个 图像实现 的速度 。由于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 并行处理数据并且处理速 速中值滤 波器 主要包括 ３× ３滤波窗 口生成模块 ，快速 中值滤波 度快 的优点 ，因而使用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 作为图像处理系统的硬件再合适 模块和行列计 数器模块 ， 图像 数据从 ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ［ ７ ： ０ ］ 输入， ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｕ ｔ ［ ７ ： ０ ］ 是 不过 了。而在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 处理图像滤波 中存在均值滤波算法和 中值 滤波后 的输出值 。ｃ ｌ ｋ 是系统 的时钟信号 ， ｒ ｅ ｓ ｅ ｔ 是复位信 号 ， ｃ ｏ ｌ 和 滤波算法 两种 ， 而 中值滤波算法 比均值滤波算法对 图像 的处理更优 ｒ ｏ ｗ分别为 当前处理像素的行 列位 置。总体设计方案如图 ３所示 。 越， 因此本文讨论 中值滤波算法在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 中的实现。 ３ 滤 波 窗 口模 块 ２ 中值滤波算法在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 中的实现 图像 的中值滤波首先要生成 ３ ×３的滤波 窗 口，滤波窗 口得移 会有 ３ 个 新得 像素进入 滤波 窗 口， 且这 ３个数据 是 同一 当滤波窗 口是 ３×３的窗 口时 ， 需要从连续 的三行 中读取 ９ 动过程 中 ， 列 的连续 ３行 ， 本文采用一个数据串入并 出的模块来生成 ３ Ｘ ３的滤 波窗 口，采用的方法是利用一个 ３ 进制 的计数 器和 ｌ ２个寄存器来 存放 ３ Ｘ ３ 窗 口模板 中的数据 ， 如 图 ４所示 。第一个时钟读第一行第 列， 第二个时钟读第二行第一列 ， 第 三个 时钟读第 三行 第一列 ， 下 个时钟将这 ３ 个 一起输 出 ， 实现数据 的并行输 出。用一个地址发 生器来产生读取数据的地址 ， 该部件 由一个计数器和一个状态机组
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科 技 论 坛
Ｆ Ｐ Ｇ Ａ在图像处理 中的中值滤波 的实现
乔 磊 于 长 江
（ 安徽理工大学 电气信 息与工程 学院， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ ０ ） 摘 要： 在 图像的采集和传榆环 节中， 图像在 由于采集的设备和方法的原 因， 会产 生不同程度 的干扰 ， 这些干扰会使 图像产 生噪 声和 变形等缺 陷， 图像质量的降低会使后 续处理产生影响。因此 ， 对 于图像的滤波和图像增 强就显得尤为重要 。为 了保证 图像质量 、 保 存图像 细节， 通常会对 图像进 行滤波处理 ， 这样 既能去除噪声又能保证保证 图像 细节不丢失。在这其 中 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ由于其快速 的处理数据 的能力而
研究『 Ｊ １ ． 电子 程 师 ， ２ ０ ０ ４ （ ６ ） ．
图 ２ 空 间域 图像 处 理
［ ４ 】 刘德 良， 姚春 莲 ， 李炜， 等． 多分辨 率 图像 实时采 集 系统的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ
逻 辑 设计 【 Ｊ ］ ． 电子 技 术 应 用 ， ２ ０ ０ ３ （ ３ ） ． 【 ５ 】 侯伯亨 ， 顾新 ． Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ硬件描述语 言与数 字逻辑 电路 设计【 Ｍ】 ． 西安： 西安电子科技 大学出版社 ， ２ ０ ０ ４ ．
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限 Ｉ 一 ～… ｌ ｌ ｌ
Ｄ ａ ｔ ａ Ａ ， ＝ ｊ Ｄ ３ ３ Ｆ － － １ Ｉ Ｄ ３ ２ ｌ ｋ
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Ａ ２ １ Ｄ ２ ３ Ｉ ＝ ｊ Ｄ ２ ２
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Ｉ —Ｄ Ｉ ３ Ｉ － ｔ Ｄ １ ２ ｋ ＿ － ’ Ｉ
被 广 泛 用 于 图像 处理 领 域 。
关键词 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 图像处理 ； 中值滤法
１ 图像 处 理方 法
图像增强 的方法通常有频率域方法和空间域方法两类 ， 频率域 方法是 首先先对 图像 数据进行变换 ，然后 对图像 的变 换值进行 运 算， 最后通 过逆变换得 到处 理后的 图像 ， 其处理过程 如图 １所示 。 其中， ｆ（ Ｘ， Ｙ） 是 输入 图像 函数 ， Ｆ（ Ｕ， ｖ） 是 ｆ（ ｘ， Ｙ） 经过 傅 立叶变换后得到 的频率域函数。Ｇ（ Ｕ， ｖ） 是经过处理后 的函数 ， ｇ （ ｘ， Ｙ） 是 Ｇ（ Ｕ， ｖ） 经过傅立 叶反 变换得 到的空 间域函数 ， 频 率 域 内的图像信息噪声一般集 中在高频段 ， 所以对待频率域内的噪声 般利用低通滤波 的方法去除噪声 空 间域处理方法是直接对空间中的像素进行处理 。 是 以灰度映 射变换为基础 。所用的映射变换取决于增强 的 目的， 其 中增加图像 对 比对 、 改善图像 灰度层次等处理方法均属于空间域处理 。现在 的 空 间域处理方法一 般采用邻域平 均滤波法和 中值 滤波法来 消除噪
法『 Ｊ １ ＿ 传感技 术学报 ， ２ ０ ０ ７ （ ３ ） ． 【 ２ 】 马锐 ， 魏 学业一种 Ｃ Ｃ Ｄ图像相 关处理 系统 的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ＋ Ｄ Ｓ Ｐ实现 【 Ｊ ｌ Ｉ ． 北方交通大学学报 ， ２ ０ Ｏ ４ （ ３ ） ． ［ ３ 】 徐婉 荣， 刘建军 ， 黄新 生． 基于 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ和 Ｄ Ｓ Ｐ的 高速 图像 采 集 技 术
一 一
输 入 ｊ ６ （ ｘ ＇ ｙ ） 输ａ ｔ ｆ （ ： ， 空间域处理
、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
成， 对于 ２ ５ ６ Ｘ ２ ５ ６的 图像 ， 设初始地址为 ａ ｄ ｄ ｒ ＝ ｌ 。 参 考文 献
【 １ １ 叶敏， 周文晖， 顾伟康． 基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的实时图像滤波及边缘检测方
图４ ３× ３滤 波 窗 口
声， 空间域处理方法如图 ２所示 。
在整 个图像完成 的过程 中，图像 处理系统是 其 中最耗 时的环 个像 素数据 ， 像素的亮度分量存放在 Ｓ Ｒ Ａ Ｍ的低 ８位 ， 因此只读取 节， 由于其处理数据 和信息量非常 的大 ， 因此 图像 处理 的速 度决定 存储单元 的低 ８ 位， 即图像 的亮度分量 ， 从 而得 到一 幅灰度 图像 。 快 了整个 图像实现 的速度 。由于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 并行处理数据并且处理速 速中值滤 波器 主要包括 ３× ３滤波窗 口生成模块 ，快速 中值滤波 度快 的优点 ，因而使用 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 作为图像处理系统的硬件再合适 模块和行列计 数器模块 ， 图像 数据从 ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ［ ７ ： ０ ］ 输入， ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｕ ｔ ［ ７ ： ０ ］ 是 不过 了。而在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 处理图像滤波 中存在均值滤波算法和 中值 滤波后 的输出值 。ｃ ｌ ｋ 是系统 的时钟信号 ， ｒ ｅ ｓ ｅ ｔ 是复位信 号 ， ｃ ｏ ｌ 和 滤波算法 两种 ， 而 中值滤波算法 比均值滤波算法对 图像 的处理更优 ｒ ｏ ｗ分别为 当前处理像素的行 列位 置。总体设计方案如图 ３所示 。 越， 因此本文讨论 中值滤波算法在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 中的实现。 ３ 滤 波 窗 口模 块 ２ 中值滤波算法在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 中的实现 图像 的中值滤波首先要生成 ３ ×３的滤波 窗 口，滤波窗 口得移 会有 ３ 个 新得 像素进入 滤波 窗 口， 且这 ３个数据 是 同一 当滤波窗 口是 ３×３的窗 口时 ， 需要从连续 的三行 中读取 ９ 动过程 中 ， 列 的连续 ３行 ， 本文采用一个数据串入并 出的模块来生成 ３ Ｘ ３的滤 波窗 口，采用的方法是利用一个 ３ 进制 的计数 器和 ｌ ２个寄存器来 存放 ３ Ｘ ３ 窗 口模板 中的数据 ， 如 图 ４所示 。第一个时钟读第一行第 列， 第二个时钟读第二行第一列 ， 第 三个 时钟读第 三行 第一列 ， 下 个时钟将这 ３ 个 一起输 出 ， 实现数据 的并行输 出。用一个地址发 生器来产生读取数据的地址 ， 该部件 由一个计数器和一个状态机组