【摘 要】
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随着科学技术的发展,数字图像处理广泛应用于各个领域中,数字图像预处理可以预先去除一些图像在采集传输过程中因设备和环境所产生的无关信息,例如各种类型的噪声,以便更好地对图像进行后续的分析和操作。目前图像去噪和实时传输是图像处理领域重点关注的问题,如果采用软件在计算机上处理的传统方法,在处理庞大数据量时的速率,以及在输入输出延时上都有明显的缺陷。而可编程逻辑门阵列（FPGA）凭借优秀的运算速度,可移植
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随着科学技术的发展,数字图像处理广泛应用于各个领域中,数字图像预处理可以预先去除一些图像在采集传输过程中因设备和环境所产生的无关信息,例如各种类型的噪声,以便更好地对图像进行后续的分析和操作。目前图像去噪和实时传输是图像处理领域重点关注的问题,如果采用软件在计算机上处理的传统方法,在处理庞大数据量时的速率,以及在输入输出延时上都有明显的缺陷。而可编程逻辑门阵列（FPGA）凭借优秀的运算速度,可移植性强和可反复编程的特点,在图像处理领域有着广泛的应用。本文提出了基于FPGA的图像预处理算法设计与实现的方案,主要工作内容如下（1）分析生产生活中噪声的种类和特点,并介绍与之对应的各种滤波算法原理,以及将其硬件移植的可行性。通过综合分析比较,最终选取去噪效果更好和可移植性较强的双边滤波算法。并在PC端用Matlab实现改进的自适应双边滤波。（2）用硬件语言Verilog实现软件算法的移植,通过设计图像采集模块,DDR3存储模块,算法处理模块和HDMI显示模块的整体思想,并利用line buffer,查找表等技术完成系统设计的实现,其中算法模块中空域权重采用水平和垂直降维的方法,值域权重则是通过相邻像素的差值作为查找ROM地址进而获得,最后再进行整数化和归一化。（3）模块化设计虽然可行,但是占用FPGA资源较多,开发和调试周期长,因此本文设计了基于Vivado HLS（High Level Synthesis）工具的双边滤波算法IP核设计。利用HLS高层次综合将xfopencv库函数编写成具有并行特点的硬件描述语言,并进行C仿真和RTL综合。最后生成的IP核再与驱动外设模块相连,完成双边滤波算法的FPGA实现。经过实验论证分析和主客观评价,基于FPGA的双边滤波系统具有良好的去噪效果,实现了该系统的目的,在FPGA实现图像预处理和算法加速方面有着重要的意义。
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