[發(fā)明專利]一種基于FPGA的圖像數(shù)據(jù)降噪系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110216664.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113033574A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐江濤;金石開(kāi);高志遠(yuǎn);聶凱明;王秀宇;高靜;羅韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/40
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/40;G06T1/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 張建中

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA的圖像數(shù)據(jù)降噪系統(tǒng)，其特征在于，包括均由FPGA構(gòu)建的計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊和計(jì)算模塊；數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊將待降噪圖像數(shù)據(jù)按照從左至右、從上到下依次讀取并緩存；同時(shí)計(jì)數(shù)器模塊同步對(duì)讀取的待降噪像素點(diǎn)的行、列以及元素?cái)?shù)據(jù)在線路緩沖器單元中移位次數(shù)，并將計(jì)數(shù)值分別輸出至數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊和計(jì)算模塊；數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊生成以該像素點(diǎn)為中心的周?chē)袼攸c(diǎn)數(shù)據(jù)，并將生成的周?chē)袼攸c(diǎn)數(shù)據(jù)輸出至計(jì)算模塊；計(jì)算模塊計(jì)算該像素點(diǎn)的周?chē)袼攸c(diǎn)的像素值加權(quán)和與權(quán)重和的比值，并將此比值作為該像素點(diǎn)降噪后的像素值輸出。本發(fā)明還提供一種基于FPGA的圖像數(shù)據(jù)降噪方法。本發(fā)明具有處理速度快且功耗低的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于FPGA的圖像數(shù)據(jù)降噪系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，NLM(Nonlocal Mean縮寫(xiě))算法，中文釋義為非局部均值濾波算法，其采用非局部均值降噪模式，通過(guò)非局部鄰域加權(quán)平均的方法去消除噪聲，其權(quán)值根據(jù)以目標(biāo)像素為中心的窗口和以周?chē)袼貫橹行牡娜舾纱翱诘南嗨菩源_定。根據(jù)圖像自相似性的度量方式，該算法不但考慮到以目標(biāo)像素為中心的固定大小的窗口圖像塊，還考慮到以與目標(biāo)像素相似的周?chē)袼貫橹行牡耐瑯哟笮〉拇翱趫D像塊。NLM濾波消除了雙邊濾波只能在目標(biāo)像素鄰域?qū)ふ蚁嗨葡袼攸c(diǎn)的弊端，可以更好的測(cè)量像素間的相似性，不僅能更加有效地去除噪聲，還能較好的保持圖像中的原始信息。目前NLM算法在處理圖像噪聲時(shí)，因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)量大，處理速度比較低，功耗比較大。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)是一種可編程的半定制芯片，擁有基于查找表的邏輯資源和固定的硬件資源。算法在FPGA上以純硬件電路的形式實(shí)現(xiàn)，不受體系結(jié)構(gòu)限制，因此在低功耗和低延時(shí)方面有優(yōu)勢(shì)。而且FPGA還具有并行流水線技術(shù)和并行數(shù)據(jù)處理能力，可以大大減少數(shù)據(jù)處理延時(shí)，非常適合對(duì)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了提高NLM算法的處理速度及降低功耗,而提供一種基于FPGA的圖像數(shù)據(jù)降噪系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種基于FPGA的圖像數(shù)據(jù)降噪系統(tǒng)，包括均由FPGA構(gòu)建的計(jì)數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊和計(jì)算模塊；設(shè)待降噪圖像數(shù)據(jù)為矩陣A；矩陣A中的元素a_ij表示第i行第j列待降噪像素點(diǎn)；數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊包括線路緩沖器單元，線路緩沖器單元將矩陣A中的元素?cái)?shù)據(jù)按照從左至右、從上到下依次讀取并緩存；線路緩沖器單元讀取矩陣A中元素?cái)?shù)據(jù)時(shí)，計(jì)數(shù)器模塊同步對(duì)線路緩沖器單元讀取的元素a_ij的行、列進(jìn)行計(jì)數(shù)，以及計(jì)數(shù)第一個(gè)被讀取的元素?cái)?shù)據(jù)在線路緩沖器單元中移位的次數(shù)，并將計(jì)數(shù)值分別輸出至數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊和計(jì)算模塊；數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊由待降噪像素點(diǎn)的行、列的計(jì)數(shù)值，確定該像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址，生成以該像素點(diǎn)為中心的周?chē)袼攸c(diǎn)數(shù)據(jù)，并將生成的周?chē)袼攸c(diǎn)數(shù)據(jù)輸出至計(jì)算模塊；計(jì)算模塊，計(jì)算待降噪像素點(diǎn)的周?chē)袼攸c(diǎn)的像素值加權(quán)和與權(quán)重和的比值，并將此比值作為該像素點(diǎn)降噪后的像素值輸出。

進(jìn)一步地，計(jì)數(shù)器模塊包括列計(jì)數(shù)器、行計(jì)數(shù)器、總計(jì)數(shù)器、行計(jì)數(shù)器控制單元、列計(jì)數(shù)器控制單元、總計(jì)數(shù)器控制單元；

列計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)待降噪圖像數(shù)據(jù)的列數(shù)；行計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)待降噪圖像數(shù)據(jù)的行數(shù)；總計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)第一個(gè)被讀取的元素?cái)?shù)據(jù)在線路緩沖器單元中移位的次數(shù)；

列計(jì)數(shù)器控制單元，其采集每行數(shù)據(jù)的行有效信號(hào)的上升沿，并在時(shí)鐘脈沖的上升沿發(fā)出觸發(fā)信號(hào)對(duì)列計(jì)數(shù)器進(jìn)行啟動(dòng),其采集每行數(shù)據(jù)的行有效信號(hào)的下降沿，并在時(shí)鐘脈沖的上升沿發(fā)出觸發(fā)信號(hào)對(duì)列計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位；

行計(jì)數(shù)器控制單元，其采集當(dāng)前圖像的幀有效信號(hào)的上升沿，并在時(shí)鐘脈沖的上升沿發(fā)出觸發(fā)信號(hào)對(duì)行計(jì)數(shù)器進(jìn)行啟動(dòng),其采集當(dāng)前圖像的幀有效信號(hào)的下降沿，并在時(shí)鐘脈沖的上升沿發(fā)出觸發(fā)信號(hào)對(duì)行計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位；