[發明專利]一種基于GPU并行選擇式掩模平滑方法

在審

• 申請號: 201410652173.1
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104408691A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 洪向共;劉浩;呂向陽;鄒建
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，特別涉及圖像噪聲消除技術。?

背景技術

圖像在成像、數字化和傳輸的過程中，難免會受到各種噪聲源的干擾和影響而使圖像質量變差。圖像噪聲來自多方面，有系統外部的干擾，如電磁波或經電源串進系統內部而引起的外部噪聲，也有來自系統內部的干擾，如攝像機的熱噪聲、電器的機械運動而產生的抖動噪聲等川。這些噪聲干擾使圖像退化，質量下降。其表現為圖像模糊，特征淹沒，對圖像分析不利。因此，去除噪聲、恢復原始圖像是圖像處理中的一個重要內容。消除噪聲的工作稱之為圖像平滑。?

圖像平滑是一種實用的數字圖像處理技術。一個較好的平滑處理方法應該既能消除圖像噪聲，又不使圖像邊緣輪廓和線條變模糊，這是數字圖像平滑處理要追求的目標。但是由于噪聲源眾多，噪聲種類復雜，所以相應的平滑方法也多種多樣。我們可以將圖像平滑分為空間域圖像平滑技術和頻率域圖像平滑技術。?

針對空間域圖像平滑技術，國內外大量學者做出了大量研究，并且提出了領域平均法，中值濾波法，選擇式掩模平滑法等。但是，對于這幾種方法依然有其的優缺點。領域平均法計算簡單，計算速度快。其缺點是降低噪聲的同時使圖像出現模糊，特別是在邊緣和細節處。而且在鄰域越大時，增強去噪聲能力會使圖像的模糊程度變得更嚴重。中值濾波容易去除孤立點、線的噪聲，同時保持圖像的邊緣，它能很好地去除二值噪聲，但對高斯噪聲無能為力。選擇式掩模平滑法可以的減輕平滑帶的模糊效應，從而使圖像平滑邊緣細節清晰，但是，選擇式掩模平滑法計算量大，耗時比較長，在處理高清圖像平滑時速度比較慢。?

因此，國內外學者對于選擇式掩模平滑法優化也作了大量研究。2002年，朱衛華等提出了一種梯形掩模代替條形掩模的改進行選擇式平滑方法。2009年，李金紅等提出了基于積分圖像的快速選擇掩模平滑算法。以上兩種方法都是從掩模的選擇和計算簡化的角度去對選擇掩模平滑進行改進。這兩種方法對于選擇式平滑方法都有一定的改進效果，但是，依然沒有解決處理高清圖像平滑時計算速度慢等問題。?

GPU(Graphic?Processing?Unit，圖形處理單元)具有很好的并行處理能力，經過2001年與2002年的兩次重大變革，程序員能夠靈活地編程控制GPU的頂點著色器與像素著色器，使得GPU不再局限于最初的圖形渲染加速。2006年NVIDIA公司為GPU引入統一的渲染架構，自此，GPU能更加靈活方便地運用于通用計算領域。利用GPU可以實現計算的并行化，從而大大的縮短計算時間，提高算法的執行效率。因此，利用GPU實現并行化計算已經慢慢應用到圖像處理技術中。?

雖然國內外學者已經對于圖像的選擇式掩模平滑算法進行了大量的研究并取得了一定的成果。但是，對于圖像進行選擇式掩模平滑并行計算以往學者都沒有進行大量的研究與優化。因此，針對這一種情況，利用GPU對選擇式平滑濾波算法進行并行計?算可以作為一個突破口，實現了加快選擇式掩模平滑算法對于圖像(特別是高清圖像)噪聲計算速度的目的。?

由此，業界對能夠實現并行化計算的選擇式掩模平滑算法有所期冀。?

發明內容

本發明的目的是提供一種基于GPU并行選擇式掩模平滑方法。所述方法基于GPU并行化，實現了選擇式掩模平滑算法在GPU中的并行計算且有效的提高了選擇式掩模平滑算法對于圖像噪聲的處理速度。?

本發明包括以下步驟：?

(1)將圖像像素拷貝到顯存中，并為圖像處理分配所需要網格(Grid)和線程塊(Block)的規模；?

(2)啟動kernel函數，遍歷輸入圖像像素；?

(3)利用GPU并行計算出圖像中每一個像素在9個模板領域點中的均值與方差；?

(4)在kernel函數中將得到像素點的方差進行排序得到最小方差，并將該最小方差對應的均值賦值給該像素點。?

附圖說明

圖1是本發明方法之步驟的流程圖。?

圖2是9個掩模模板分布圖。?

圖3是本發明實施例之圖像的示意圖。其中，(a)是算法處理前原始圖像，(b)是圖像(a)通過選擇式掩模算法在CPU平滑處理的圖像，(c)是本發明實施例處理后的圖像。?

圖4是不同分辨率下圖像在CPU與GPU運行選擇式掩模算法計算速度的比較結果。?

具體實施方式

結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特征和優點。?