[發明專利]基于Riemann-Liouville定義的高精度的數字圖像分數階積分濾波器

無效

• 申請號: 201010147475.5
• 申請日: 2010-04-14
• 公開（公告）號: CN101815164A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 蒲亦非;劉彥;周激流
• 申請（專利權）人: 蒲亦非;劉彥;周激流
• 主分類號: H04N5/213
• 分類號: H04N5/213;H04N9/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于Riemann-Liouville定義的高精度的數字圖像分數階積分濾波器， 其特征在于：它是由第一分數階積分掩模卷積單元電路(1)、第二分數階積分掩 模卷積單元電路(2)、第三分數階積分掩模卷積單元電路(3)、第四分數階積分掩 模卷積單元電路(4)、第五分數階積分掩模卷積單元電路(5)、第六分數階積分掩 模卷積單元電路(6)、第七分數階積分掩模卷積單元電路(7)、第八分數階積分掩 模卷積單元電路(8)、時序控制電路(9)、讀寫地址發生器(10)、第一雙口RAM組 (11)、鎖相/移位電路組(12)、最大值比較器(13)、圖像性質判斷器(14)、RGB到 HSI轉換器(15)、標志存儲器(16)、第二雙口RAM組(17)與HSI到RGB轉換器 (18)聯結而成；串行數字視頻碼流S_x(k)輸入高精度的基于Riemann-Liouville 定義的數字圖像分數階積分濾波器后分成兩路：第一路觸發時序控制電路(9)產 生相應的時序控制信號；第二路經過圖像性質判斷器(14)判斷輸入圖像為灰度圖 像或者彩色圖像并將判斷結果饋入標志存儲器(16)儲存，同時將輸入數字視頻碼 流S_x(k)饋入RGB到HSI轉換器(15)，根據標志存儲器(16)中存儲的判斷結果對 輸入碼流進行分別處理，若輸入為灰度圖像則RGB到HSI轉換器(15)不作任何 處理直接輸出，若輸入為彩色圖像則RGB到HSI轉換器(15)將圖像轉換到HSI 空間，并將H和S空間分量饋入第二雙口RAM組(17)存儲，同時將I空間分量 順序饋入第一雙口RAM組(11)及鎖相/移位電路組(12)，鎖相/移位電路組(12)的 輸出分別經過第一分數階積分掩模卷積單元電路(1)到第八分數階積分掩模卷積 單元電路(8)處理，輸出像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x軸負方向、x軸正方向、y軸 負方向、y軸正方向、左下對角線、右上對角線、左上對角線和右下對角線8 個方向上的v階分數階偏積分的近似值，再經過最大值比較器(13)處理后，將 上述8個近似值中模值最大的值、標志存儲器(16)和第二雙口RAM組(17)的輸 出一并饋入HSI到RGB轉換器(18)，根據標志存儲器(16)中存儲的圖像性質判 斷結果分別進行處理，若是灰度圖像則HSI到RGB轉換器(18)不做處理，直接 輸出，若是彩色圖像則HSI到RGB轉換器(18)進行HSI空間到RGB空間的轉 換，將轉換后的彩色圖像信號輸出，HSI到RGB轉換器(18)的輸出即作為像素 S_x(k+(n-1)(H+1))的v階分數階積分值近似值其中，k 的取值由L×H-1逐次減一，直至為零；L的取值等于待進行分數階積分的數 字圖像行數的正整數；H的取值等于待進行分數階積分的數字圖像列數的正整 數；n表示分數階積分掩模的尺寸數，取3到L和H最小值之間的任意奇數； v取小于0的任意分數或有理小數值，根據工程精度的不同要求，階次v分為三 種類型的浮點數據，第一分數階積分掩模卷積單元電路(1)到第八分數階積分 掩模卷積單元電路(8)的計算數據類型也相應分為三種：單精度型；雙精度型； 長雙精度型，

第一分數階積分掩模卷積單元電路(1)到第八分數階積分掩模卷積單元電路 (8)，每個分數階積分掩模卷積單元電路由分數階積分掩模尺寸數n個乘法器 (19～23)和一個加法器(24)構成；這n個乘法器(19～23)是具有相同乘 法功能的不同器件，其非零權值按順序分別是：1Γ(-v)(v2-v),]]>21-v-2Γ(-v)(v2-v),]]>...、 (k+1)1-v-2k1-v+(k-1)1-vΓ(-v)(v2-v),]]>...、(n-1)1-v-2(n-2)1-v+(n-3)1-vΓ(-v)(v2-v),]]>(1-v)(n-1)-v-(n-1)1-v+(n-2)1-vΓ(-v)(v2-v),]]>

第一分數階積分掩模卷積單元電路(1)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x軸 負方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第 一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H)的灰度 值或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘后饋入 加法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-mH)的灰 度值或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器(24)； 像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)H)的灰度值或者I空間分量的值與權值 相乘后饋入加法器(24)，加法器(24)的輸出 值饋入最大值比較器(13)；

第二分數階積分掩模卷積單元電路(2)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x軸 正方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第 一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H)的灰度 值或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘后饋入 加法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+mH)的灰 度值或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器(24)； 像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)H)的灰度值或者I空間分量的值與權值 相乘后饋入加法器(24)，加法器(24)的輸出 值饋入最大值比較器(13)；

第三分數階積分掩模卷積單元電路(3)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在y軸 負方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第 一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1)的灰度值 或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘后饋入加 法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-m)的灰度值 或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器(24)；像素 S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1))的灰度值或者I空間分量的值與權值 相乘后饋入加法器(24)，加法器(24)的輸出 值饋入最大值比較器(13)；

第四分數階積分掩模卷積單元電路(4)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在y軸 正方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第 一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1)的灰度值 或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘后饋入加 法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+m)的灰度值 或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器(24)；像素 S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1))的灰度值或者I空間分量的值與權值 相乘后饋入加法器(24)，加法器(24)的輸出 值饋入最大值比較器(13)；

第五分數階積分掩模卷積單元電路(5)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在左 下對角線方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別 饋入第一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1+H) 的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘 后饋入加法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-m+mH) 的灰度值或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)+(n-1)H)的灰度值或者I空間分量的值 與權值相乘后饋入加法器(24)，加法器(24) 的輸出值饋入最大值比較器(13)；

第六分數階積分掩模卷積單元電路(6)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在右 上對角線方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別 饋入第一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1-H) 的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘 后饋入加法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+m-mH) 的灰度值或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)-(n-1)H)的灰度值或者I空間分量的值 與權值相乘后饋入加法器(24)，加法器(24) 的輸出值饋入最大值比較器(13)；

第七分數階積分掩模卷積單元電路(7)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在左 上對角線方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別 饋入第一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1-H) 的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘 后饋入加法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-m-mH) 的灰度值或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)-(n-1)H)的灰度值或者I空間分量的值 與權值相乘后饋入加法器(24)，加法器(24) 的輸出值饋入最大值比較器(13)；

第八分數階積分掩模卷積單元電路(8)計算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在右 下對角線方向上的v階分數階偏積分的近似值；根據待輸入數字圖像性質的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空間分量的值與權值分別 饋入第一乘法器(19)，相乘后饋入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1+H) 的灰度值或者I空間分量的值與權值分別饋入第二乘法器(20)，相乘 后饋入加法器(24)；以此類推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+m+mH) 的灰度值或者I空間分量的值與權值相乘后饋入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)+(n-1)H)的灰度值或者I空間分量的值 與權值相乘后饋入加法器(24)，加法器(24) 的輸出值饋入最大值比較器(13)。

2.根據權利要求1所述的基于Riemann-Liouville定義的高精度的數字圖 像分數階積分濾波器，其特征在于：時序控制電路(9)在輸入數字視頻流的行、 場有效信號的觸發下產生相應的控制讀寫地址發生器(10)、第一雙口RAM組 (11)、鎖相/移位電路組(12)、最大值比較器(13)、圖像性質判斷器(14)、RGB到 HSI轉換器(15)、第二雙口RAM組(17)、第一分數階積分掩模卷積單元電路(1) 到第八分數階積分掩模卷積單元電路(8)操作所需的時序控制信號，讀寫地址發 生器(10)在時序控制信號的作用下產生第一雙口RAM組(11)及第二雙口RAM組 (17)的讀寫地址，并負責處理讀寫地址初始化和回轉的問題；第一雙口RAM組 (11)采用2n-2個行存儲器完成2n-1行視頻圖像數據的獲取；鎖相/移位電路組 (12)根據串行數字視頻碼流的輸入特點，利用當前輸入像素，共采用3n²-3n個 D觸發器，通過對數字圖像進行點延時產生計算數字圖像分數階積分所需的 (2n-1)×(2n-1)像素陣列；(2n-1)×(2n-1)像素陣列的第1行采用2n-2個D觸 發器，第2行采用2n-3個D觸發器，一直到第n-1行每行采用D觸發器的個 數都是逐行減一，第n-1行采用n個D觸發器；(2n-1)×(2n-1)像素陣列的第n 行采用2n-2個D觸發器；(2n-1)×(2n-1)像素陣列的第n+1行采用n個D觸 發器，第n+2行采用n+1個D觸發器，一直到第2n-1行每行采用D觸發器 的個數都是逐行加一，第2n-1行采用2n-2個D觸發器；最大值比較器(13)將 其輸入信號的模值最大的值輸出；圖像性質判斷器(14)判斷輸入圖像為灰度圖像 還是彩色圖像；標志存儲器(16)存儲圖像性質判斷器(14)的判斷結果；RGB到 HSI轉換器(15)根據標志存儲器(16)的內容完成圖像從RGB空間到HSI空間的 轉換；第二雙口RAM組(17)存儲RGB到HSI轉換器(15)轉換后圖像H和S空 間分量；HSI到RGB轉換器(18)根據標志存儲器(16)的內容完成圖像從HSI空間 到RGB空間的轉換。