基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪方法，该方法的具体步骤包括：(ⅰ)图像输入；(ⅱ)像素信息缓存；(ⅲ)图像边缘扩展；(ⅳ)降噪强度和混合半径接收；(ⅴ)滤波算子生成；(ⅵ)图像滤波；(ⅶ)图像裁剪和输出；(ⅷ)图像输出。本发明专利技术有效改善现有技术中存在的问题，能够应用在各种场景中，特别是亮度较低、噪声干扰较大、图像边缘信息复杂的场景，能够准确判断细节信息，根据不同降噪基准点选取相关性最高的临近像素信息进行降噪，输出图像有着很好的平滑性同时充分保留细节，满足对于前端图像采集的各种需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种图像处理方法，具体涉及一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法。
技术介绍
目前业界主要前端采集设备的降噪模块，通常是采用中值或均值滤波以及3*3模板固定算子的滤波，其算法过于简单，实现难度较低，且无法考虑临近像素间位置和像素值的关系和变化趋势，难以有效做到保留图像细节和边缘信息同时降低噪声，出现图像模糊、细节丢失、对比度差、难以有效去除噪声等问题，从而越来越难以满足高清摄像机对于图像分辨率和清晰度的要求。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法。本专利技术的技术方案是：一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法，包括像素信息缓存模块、图像边缘扩展模块、降噪强度和混合半径接收模块、滤波算子生成模块、图像滤波模块、图像裁剪和输出模块，所述算法包括以下步骤：（ⅰ）图像输入；（ⅱ）像素信息缓存在BAYER格式图像上，根据输入滤波半径的需要，计算需要缓存像素的行数，并逐行滚动地存入RAM缓存资源中，不同滤波半径所需读取的行号和行数也不同，需输出各行缓存位置信息，以供后续模块随时读取；（ⅲ）图像边缘扩展在像素信息缓存模块的基础上，根据半径设置，对像素缓存输出的行首尾两端像素进行复制，以保证滤波输出有效宽度同输入有效宽度相同，复制的像素占用水平消隐部分，同步信号相应扩展，同时，根据BAYER模式数据的特性，采取隔行隔列筛选提取的方式，组成新的像素信息阵列；（ⅳ）降噪强度和混合半径接收接收外部输入的降噪强度、混合半径、降噪模板系数阈值等参数，根据图像亮度、增益等条件，对输入值进行修正，从而得出用于生成滤波算子模板的各项系数；（ⅴ）滤波算子生成根据降噪强度和混合半径接收模块生成的修正后的半径、降噪强度、阈值、图像亮度、增益等参数，计算输出最终的N*N滤波模板，N的值由半径决定，算子各项系数由强度和阈值决定，针对每个像素点生成不同的滤波算子，并对扩展后的像素信息进行2D卷积操作，输出卷积结果；（ⅵ）图像滤波；（ⅶ）图像裁剪和输出逐行对滤波后的图像信息及同步信号进行以像素为单位的裁剪，同时按输入BAYER序列对滤波结果进行排列，使最终输出BAYER格式数据与输入点相对应；（ⅷ）图像输出。所述步骤（ⅳ）中图像平均亮度、增益与输入值的关系如下式限定：其中：r为输入半径，S为降噪强度，t为降噪参数阈值，Lavg为图像平均亮度，G为图像相对增益，和为公式的补偿值。所述和分别为0.85和0.45。所述步骤（ⅴ）中半径、降噪强度、阈值、图像亮度、增益之间有如下式限定：其中：x，y为滤波模板相对中心点的坐标，r为半径即与中心点的距离，S为降噪强度，t为降噪阈值，L为该点与图像中心点亮度差，G为图像增益换算值，n为亮度补偿；当r>S*t时，该点滤波参数为0。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用BAYER图像上RBG三种像素值与临近像素信息的相关性，以及自然物体图像边缘像素信息特性，根据不同半径像素矩阵与中心点距离和像素值的差异，求取二维滤波算子，对图像进行平滑。针对传统降噪算法的图像模糊、不同场景适应性较差、降噪强度调节方式单一、无法有效突出边缘信息和保留图像细节等问题均有较好的改善。本专利技术的算法能够应用在各种场景中，特别是亮度较低、噪声干扰较大、图像边缘信息复杂的场景，能够准确判断细节信息，根据不同降噪基准点选取相关性最高的临近像素信息进行降噪，输出图像有着很好的平滑性同时充分保留细节，满足对于前端图像采集的各种需要。附图说明图1是本专利技术基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法的实现框图。具体实施方式下面结合说明书附图及实施例对本专利技术基于FPGA（FieldProgrammableGateArrays现场可编程门阵列）平台的空域和像素域混合降噪算法进行详细说明：如图1所示，一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法，所使用的软件模块包括像素信息缓存模块、图像边缘扩展模块、降噪强度和混合半径接收模块、滤波算子生成模块、图像滤波模块、图像裁剪和输出模块，所述算法包括以下步骤：（ⅰ）图像输入；（ⅱ）像素信息缓存在BAYER格式图像上，根据输入滤波半径的需要，计算需要缓存像素的行数，并逐行滚动地存入RAM缓存资源中，不同滤波半径所需读取的行号和行数也不同，需输出各行缓存位置信息，以供后续模块随时读取；由于BAYER模式数据采用相邻2*2阵列为RB\\GB的排列方式，故每一个像素周期缓存输出的数据种类都相应变化；（ⅲ）图像边缘扩展在像素信息缓存模块的基础上，根据半径设置，对像素缓存输出的行首尾两端像素进行复制，以保证滤波输出有效宽度同输入有效宽度相同，复制的像素占用水平消隐部分，同步信号相应扩展，同时，根据BAYER模式数据的特性，采取隔行隔列筛选提取的方式，组成新的像素信息阵列；举例说明，当图像滤波半径为3，则需使用7*7缓存像素数据，在BAYER模式数据中缓存为13行，每行首尾复制扩展1*5像素；（ⅳ）降噪强度和混合半径接收接收外部输入的降噪强度、混合半径、降噪模板系数阈值等参数，根据图像亮度、增益等条件，对输入值进行修正，从而得出用于生成滤波算子模板的各项系数；对于图像平均亮度、增益与输入的关系，有如下限定：其中，r为输入半径，S为降噪强度，t为降噪参数阈值，Lavg为图像平均亮度，G为图像相对增益，和为该公式的补偿值，根据大量实验，此处和分别为0.85和0.45，根据上式调整输入参数，可达到较为理想的效果；（ⅴ）滤波算子生成根据降噪强度和混合半径接收模块生成的修正后的半径、降噪强度、阈值、图像亮度、增益等参数，计算输出最终的N*N滤波模板，N的值由半径决定，算子各项系数由强度和阈值决定，针对每个像素点生成不同的滤波算子，并对扩展后的像素信息进行2D卷积操作，输出卷积结果；半径、降噪强度、阈值、图像亮度、增益之间有如下式限定：其中：x，y为滤波模板相对中心点的坐标，r为半径即与中心点的距离，S为降噪强度，t为降噪阈值，L为该点与图像中心点亮度差，G为图像增益换算值，n为亮度补偿；当r>S*t时，该点滤波参数为0。由此可见，在N*N邻域模板下，与中心参考点距离越远，影响越小，降噪强度和阈值越大，影响越大，与参考点亮度差距和增益的增加，对该点模板系数有增大的作用。（ⅵ）图像滤波；（ⅶ）图像裁剪和输出逐行对滤波后的图像信息及同步信号进行以像素为单位的裁剪，同时按输入BAYER序列对滤波结果进行排列，使最终输出BAYER格式数据与输入点相对应；由于滤波操作的特性，大小为X*Y的图像四周各有N行和N列的无效结果，即输出大小为（X+2N）*(Y+2N)，其中N为经调整后的滤波算子半径，裁剪后的图像取中间X*Y个像素点，并在BAYER排列上与输入像素一一对应，最终完成降噪算法的实现和输出。（ⅷ）图像输出。本专利技术的基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪新算法，该方法利用BAYER图像上RBG三种像素值与临近像素信息的相关性，以及自然物体图像边缘像素信息特性，根据不同半径像素矩阵与中心点距离和像素值的差异，求取二维滤波算子，对图像进行平滑。针对传统降噪算法的图像模糊、不同场景适应性较差、降噪强度调节方式单一、无法有效突出边缘信息和保留本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法，其特征在于：包括像素信息缓存模块、图像边缘扩展模块、降噪强度和混合半径接收模块、滤波算子生成模块、图像滤波模块、图像裁剪和输出模块，所述算法包括以下步骤：（ⅰ）图像输入；（ⅱ）像素信息缓存在BAYER格式图像上，根据输入滤波半径的需要，计算需要缓存像素的行数，并逐行滚动地存入RAM缓存资源中，不同滤波半径所需读取的行号和行数也不同，需输出各行缓存位置信息，以供后续模块随时读取；（ⅲ）图像边缘扩展在像素信息缓存模块的基础上，根据半径设置，对像素缓存输出的行首尾两端像素进行复制，以保证滤波输出有效宽度同输入有效宽度相同，复制的像素占用水平消隐部分，同步信号相应扩展，同时，根据BAYER模式数据的特性，采取隔行隔列筛选提取的方式，组成新的像素信息阵列；（ⅳ）降噪强度和混合半径接收接收外部输入的降噪强度、混合半径、降噪模板系数阈值等参数，根据图像亮度、增益等条件，对输入值进行修正，从而得出用于生成滤波算子模板的各项系数；（ⅴ）滤波算子生成根据降噪强度和混合半径接收模块生成的修正后的半径、降噪强度、阈值、图像亮度、增益等参数，计算输出最终的N*N滤波模板，N的值由半径决定，算子各项系数由强度和阈值决定，针对每个像素点生成不同的滤波算子，并对扩展后的像素信息进行2D卷积操作，输出卷积结果；（ⅵ）图像滤波；（ⅶ）图像裁剪和输出逐行对滤波后的图像信息及同步信号进行以像素为单位的裁剪，同时按输入BAYER序列对滤波结果进行排列，使最终输出BAYER格式数据与输入点相对应；（ⅷ）图像输出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA平台的空域和像素域混合降噪算法，其特征在于：包括像素信息缓存模块、图像边缘扩展模块、降噪强度和混合半径接收模块、滤波算子生成模块、图像滤波模块、图像裁剪和输出模块，所述算法包括以下步骤：（ⅰ）图像输入；（ⅱ）像素信息缓存在BAYER格式图像上，根据输入滤波半径的需要，计算需要缓存像素的行数，并逐行滚动地存入RAM缓存资源中，不同滤波半径所需读取的行号和行数也不同，需输出各行缓存位置信息，以供后续模块随时读取；（ⅲ）图像边缘扩展在像素信息缓存模块的基础上，根据半径设置，对像素缓存输出的行首尾两端像素进行复制，以保证滤波输出有效宽度同输入有效宽度相同，复制的像素占用水平消隐部分，同步信号相应扩展，同时，根据BAYER模式数据的特性，采取隔行隔列筛选提取的方式，组成新的像素信息阵列；（ⅳ）降噪强度和混合半径接收接收外部输入的降噪强度、混合半径、降噪模板系数阈值等参数，根据图像亮度、增益等条件，对输入值进行修正，从而得出用于生成滤波算子模板的各项系数；（ⅴ）滤波算子生成根据降噪强度和混合半径接收模块生成的修正后的半径、降噪强度、阈值、图像亮度、增益等参数，计算输出最终的N*N滤波模板，N的值由半径决定，算...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴林，白云飞，
申请(专利权)人：天津天地伟业数码科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12