本发明专利技术涉及图像空间域滤波技术领域，尤其涉及一种基于函数级演化硬件的图像空间域滤波系统及方法。本发明专利技术包括用于配置图像空间域滤波电路的可重构模块电路，用于演化求解并产生可重构模块电路的配置串的演化策略算法模块，用于协同软件与硬件实现对图像进行滤波的中央控制模块。本发明专利技术具有效率高，适用性好，可以直接得到适用的电路无需另外下载，通过配置串自适应的改变电路结构，实现了自适应配置。
Image spatial domain filtering system and method based on function level evolution hardware
The invention relates to the image spatial domain filtering technology field, in particular to an image spatial domain filtering system and method based on function level evolution hardware. The present invention includes a configuration image spatial domain filtering circuit of reconfigurable module circuit, used for solving evolution and evolution strategy algorithm module of the reconfigurable module circuit configuration on the realization for image filtering of the central control module of hardware and software for collaboration. The invention has the advantages of high efficiency and good applicability, and can directly obtain the applicable circuit, and realizes the adaptive configuration without changing the circuit structure through the configuration string without additional downloading.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像空间域滤波
，尤其涉及一种基于函数级演化硬件的图像 空间域滤波系统及方法。
技术介绍
演化硬件(Evolvable Hardware, EHW)是一种通过与环境的交互，能动态的改变 其自身结构和行为的硬件电路。它具有自组织、自适应、自修复的能力，能适应不同环境要 求和提高自身性能。演化硬件按照评估方式的不同分为2大类，一类是离线演化，一类是在 线演化。离线演化的一般过程是先采用运行在PC机上的演化算法演化出硬件电路的配 置串，然后找出符合要求的配置串进而用该配置串配置硬件电路。在线演化的一般过程是 演化算法直接在硬件电路上评估配置串，根据硬件电路返回的信号演化出符合要求的配置 串，进而用该配置串配置硬件电路。整个过程不需要外部PC参与，完全由演化硬件完成。在 线演化的应用性更广，速度更快，不需要外部PC，适用性更好。演化硬件的主要应用领域有 简单电路的自动设计，解决难定义的问题，创造自适应系统，创造容错系统和难理解设计领 域的设计创新。在图像处理方面，主要应用有数字滤波器的设计和图像边缘检测等应用，P. Nirmal Kumar在FPGA上设计了虚拟可重配置电路(演化硬件)，应用于图像滤波取得了良好 的效果(参见文献1)。图像空间域滤波是直接对图像的像素进行滤波处理，从含噪声的图像中恢复出原 始图像。图像滤波应用广泛，各种成像系统都需要滤波技术对图片进行滤波处理，然后再进 行其他处理。其中在空间域滤波应用广泛的就是均值滤波方法，统计滤波方法，锐化滤波方 法，但这些方法结构固定无法适应不同的噪声，不能自适应于图像形状，其中前2种方法滤 波后会使图像模糊。为了改进滤波效果，Tomasi C提出了著名的双边带滤波法，该方法自 适应于图像的局部形状调整均值系数权重(参见文献2)。Buades A提出了非局部平均滤波 方法，该方法采用图像全局信息进行滤波，滤波效果得到很大提高(参见文献3)。但所有这 些方法必须引入额外的权重系数，并且滤波结构无法自适应改变。利用函数级演化硬件进 行空间域滤波有效的提高了滤波运算速度，滤波结构更加灵活，同时可以扩展其应用领域。文献 1 :P. Nirmal Kumar, S. Sureshj J. Raja Paul Perinbam: Digital Image Filter Design using Evolvable Hardware. In Proceedings of the Fourth Annual ACIS International Conference on Computer and Information Science (ICIS 0 ，2005。文献 2 Tomasi C，Manduchi R: Bilateral filtering for gray and color images. In: Proceedins of the Sixth Interatinal Conference on Computer Vision,1998:839-846。文 献 3 :Buades A，Coll B，Morel J M. A review of image denoising algorithms, with a new one. Multiscale Modeling & Simulation，2005，4(2):490—530。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于函数级演化硬件的图像 空间域滤波系统及方法，以解决传统图像空间域滤波器结构固定的问题和无法动态调整滤 波器结构以适应不同噪声类型的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案 一种基于函数级演化硬件的图像空间域滤波系统，包括可重构模块电路，用于配置图像空间域滤波电路，所述可重构模块电路由m行η列基本 模块单元构成，每个基本模块单元执行函数级运算操作；演化策略算法模块，用于演化求解并产生可重构模块电路的配置串，并将配置串配置 到可重构模块电路上；所述配置串包括可重构模块电路中各基本模块单元的互联信息、各 基本模块单元执行函数功能的选择、图像数据的输入选择的基本模块单元；中央控制模块，用于协同软件与硬件实现对图像进行滤波，所述中央控制模块通过读 写寄存器与可重构模块电路通信；其中，所述可重构的模块电路输入数据主要包括图像数据输入和配置串输入，输出数 据为已经滤波的图像；可重构的模块电路根据不同的配置串产生不同结构的滤波电路，不 同结构的滤波电路对图像进行滤波，滤波结果返回给演化策略算法模块，演化策略算法模 块根据返回结果完成配置串评估。所述可重构模块电路中的基本模块单元有两个输入一个输出，每个输入从前一列 的基本模块单元的输出中选择一个，其中最后一列只有一个基本模块单元，在列内是并行 执行，在列间是串行执行；其中，第一列基本模块单元作为数据输入模块，最后一列只有一个基本模块单元作为 可重构的模块电路的数据输出模块；所述基本模块单元的功能由基本模块单元的函数决定，函数类型由配置串决定。根据配置串，可重构模块电路产生图像空间域滤波电路；含噪声的图像数据输入 到可重构模块电路中，可重构模块电路的输出为去除噪声后的图像数据。所述可重构的模块电路的输入寄存器包括复位信号位、开始位、图像数据输入位 和配置串位；输出寄存器包括滤波数据项位和完成信号位。一种基于函数级演化硬件的图像空间域滤波系统的滤波方法，包括设置3X3的矩阵模板，该模板覆盖在图像上，模板覆盖的图像像素点作为可重构的模 块电路的输入数据；模板在图像上每次移动一个像素点，每次以矩阵模板覆盖的图像像素点作为待处理数 据项输入，输入数据经过配置串配置的滤波电路进行计算得到矩阵中心像素点的新值并且 替换原来的中心点值；模板继续将其他图像数据输入到滤波电路中，滤波电路输出已经过滤波图像的数据。根据配置串在可重构的模块电路产生的滤波电路结构是可变，不同的配置串产生 不同的滤波电路结构；当配置串改变时，在可重构的模块电路产生的滤波电路结构会被替 换成新的滤波电路结构。配置串的下载和评估直接在可重构的模块电路上完成，演化策略算法接收可重构 的模块电路计算的适应值并且根据适应值进行演化，评估过程不依赖于外部PC。一种基于函数级演化硬件的图像空间域滤波系统中单个配置串配置硬件电路的 方法中央控制模块调用演化策略算法模块演化求解可重构的模块电路的配置串，将每个演 化得到的配置串配置到可重构的模块电路中，该配置串配置可重构的模块电路，确定各模 块单元的互联结构和函数功能，同时由配置串确定接受输入图像像素点数据的模块；中央控制模块读取待滤波的含噪声图像文件，然后对图像文件设置3X3的滤波矩阵 模板，在初始时，该模板边缘和图像边缘重合，矩阵中心和图像中第2行第2列的像素重合， 模板覆盖的图像像素数据为输入可重构的模块电路的初始输入数据；中央控制模块将当前待滤波的数据写入可重构的模块电路的图像数据寄存器，然后在 可重构的模块电路的开始信号寄存器写入‘1’ ；循环移动滤波模板，每次模板中心沿图像横向移动一个像素，将该模板移动后的像素 点作为新的输入数据输入到可重构的模块电路中；当模板中心移动到图像横向的倒数第本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于函数级演化硬件的图像空间域滤波系统，其特征在于，包括：可重构模块电路，用于配置图像空间域滤波电路，所述可重构模块电路由ｍ行ｎ列基本模块单元构成，每个基本模块单元执行函数级运算操作；演化策略算法模块，用于演化求解并产生可重构模块电路的配置串，并将配置串配置到可重构模块电路上；所述配置串包括可重构模块电路中各基本模块单元的互联信息、各基本模块单元执行函数功能的选择、图像数据的输入选择的基本模块单元；中央控制模块，用于协同软件与硬件实现对图像进行滤波，所述中央控制模块通过读写寄存器与可重构模块电路通信；其中，所述可重构的模块电路输入数据主要包括图像数据输入和配置串输入，输出数据为已经滤波的图像；可重构的模块电路根据不同的配置串产生不同结构的滤波电路，不同结构的滤波电路对图像进行滤波，滤波结果返回给演化策略算法模块，演化策略算法模块根据返回结果完成配置串评估。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李元香，刘罡，王峰，聂鑫，雷新，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83
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