[发明专利]基于Riemann-Liouville定义的高精度的数字图像分数阶积分滤波器

权利要求书

1.基于Riemann-Liouville定义的高精度的数字图像分数阶积分滤波器， 其特征在于：它是由第一分数阶积分掩模卷积单元电路(1)、第二分数阶积分掩 模卷积单元电路(2)、第三分数阶积分掩模卷积单元电路(3)、第四分数阶积分掩 模卷积单元电路(4)、第五分数阶积分掩模卷积单元电路(5)、第六分数阶积分掩 模卷积单元电路(6)、第七分数阶积分掩模卷积单元电路(7)、第八分数阶积分掩 模卷积单元电路(8)、时序控制电路(9)、读写地址发生器(10)、第一双口RAM组 (11)、锁相/移位电路组(12)、最大值比较器(13)、图像性质判断器(14)、RGB到 HSI转换器(15)、标志存储器(16)、第二双口RAM组(17)与HSI到RGB转换器 (18)联结而成；串行数字视频码流S_x(k)输入高精度的基于Riemann-Liouville 定义的数字图像分数阶积分滤波器后分成两路：第一路触发时序控制电路(9)产 生相应的时序控制信号；第二路经过图像性质判断器(14)判断输入图像为灰度图 像或者彩色图像并将判断结果馈入标志存储器(16)储存，同时将输入数字视频码 流S_x(k)馈入RGB到HSI转换器(15)，根据标志存储器(16)中存储的判断结果对 输入码流进行分别处理，若输入为灰度图像则RGB到HSI转换器(15)不作任何 处理直接输出，若输入为彩色图像则RGB到HSI转换器(15)将图像转换到HSI 空间，并将H和S空间分量馈入第二双口RAM组(17)存储，同时将I空间分量 顺序馈入第一双口RAM组(11)及锁相/移位电路组(12)，锁相/移位电路组(12)的 输出分别经过第一分数阶积分掩模卷积单元电路(1)到第八分数阶积分掩模卷积 单元电路(8)处理，输出像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x轴负方向、x轴正方向、y轴 负方向、y轴正方向、左下对角线、右上对角线、左上对角线和右下对角线8 个方向上的v阶分数阶偏积分的近似值，再经过最大值比较器(13)处理后，将 上述8个近似值中模值最大的值、标志存储器(16)和第二双口RAM组(17)的输 出一并馈入HSI到RGB转换器(18)，根据标志存储器(16)中存储的图像性质判 断结果分别进行处理，若是灰度图像则HSI到RGB转换器(18)不做处理，直接 输出，若是彩色图像则HSI到RGB转换器(18)进行HSI空间到RGB空间的转 换，将转换后的彩色图像信号输出，HSI到RGB转换器(18)的输出即作为像素 S_x(k+(n-1)(H+1))的v阶分数阶积分值近似值其中，k 的取值由L×H-1逐次减一，直至为零；L的取值等于待进行分数阶积分的数 字图像行数的正整数；H的取值等于待进行分数阶积分的数字图像列数的正整 数；n表示分数阶积分掩模的尺寸数，取3到L和H最小值之间的任意奇数； v取小于0的任意分数或有理小数值，根据工程精度的不同要求，阶次v分为三 种类型的浮点数据，第一分数阶积分掩模卷积单元电路(1)到第八分数阶积分 掩模卷积单元电路(8)的计算数据类型也相应分为三种：单精度型；双精度型； 长双精度型，

第一分数阶积分掩模卷积单元电路(1)到第八分数阶积分掩模卷积单元电路 (8)，每个分数阶积分掩模卷积单元电路由分数阶积分掩模尺寸数n个乘法器 (19～23)和一个加法器(24)构成；这n个乘法器(19～23)是具有相同乘 法功能的不同器件，其非零权值按顺序分别是：1Γ(-v)(v2-v),]]>21-v-2Γ(-v)(v2-v),]]>...、 (k+1)1-v-2k1-v+(k-1)1-vΓ(-v)(v2-v),]]>...、(n-1)1-v-2(n-2)1-v+(n-3)1-vΓ(-v)(v2-v),]]>(1-v)(n-1)-v-(n-1)1-v+(n-2)1-vΓ(-v)(v2-v),]]>

第一分数阶积分掩模卷积单元电路(1)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x轴 负方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第 一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H)的灰度 值或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘后馈入 加法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-mH)的灰 度值或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器(24)； 像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)H)的灰度值或者I空间分量的值与权值 相乘后馈入加法器(24)，加法器(24)的输出 值馈入最大值比较器(13)；

第二分数阶积分掩模卷积单元电路(2)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x轴 正方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第 一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H)的灰度 值或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘后馈入 加法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+mH)的灰 度值或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器(24)； 像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)H)的灰度值或者I空间分量的值与权值 相乘后馈入加法器(24)，加法器(24)的输出 值馈入最大值比较器(13)；

第三分数阶积分掩模卷积单元电路(3)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在y轴 负方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第 一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1)的灰度值 或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘后馈入加 法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-m)的灰度值 或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器(24)；像素 S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1))的灰度值或者I空间分量的值与权值 相乘后馈入加法器(24)，加法器(24)的输出 值馈入最大值比较器(13)；

第四分数阶积分掩模卷积单元电路(4)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在y轴 正方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不同，像 素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第 一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1)的灰度值 或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘后馈入加 法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+m)的灰度值 或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器(24)；像素 S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1))的灰度值或者I空间分量的值与权值 相乘后馈入加法器(24)，加法器(24)的输出 值馈入最大值比较器(13)；

第五分数阶积分掩模卷积单元电路(5)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在左 下对角线方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别 馈入第一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1+H) 的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘 后馈入加法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-m+mH) 的灰度值或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)+(n-1)H)的灰度值或者I空间分量的值 与权值相乘后馈入加法器(24)，加法器(24) 的输出值馈入最大值比较器(13)；

第六分数阶积分掩模卷积单元电路(6)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在右 上对角线方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别 馈入第一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1-H) 的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘 后馈入加法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+m-mH) 的灰度值或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)-(n-1)H)的灰度值或者I空间分量的值 与权值相乘后馈入加法器(24)，加法器(24) 的输出值馈入最大值比较器(13)；

第七分数阶积分掩模卷积单元电路(7)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在左 上对角线方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别 馈入第一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1-H) 的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘 后馈入加法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-m-mH) 的灰度值或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)-(n-1)H)的灰度值或者I空间分量的值 与权值相乘后馈入加法器(24)，加法器(24) 的输出值馈入最大值比较器(13)；

第八分数阶积分掩模卷积单元电路(8)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在右 下对角线方向上的v阶分数阶偏积分的近似值；根据待输入数字图像性质的不 同，像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者I空间分量的值与权值分别 馈入第一乘法器(19)，相乘后馈入加法器(24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1+H) 的灰度值或者I空间分量的值与权值分别馈入第二乘法器(20)，相乘 后馈入加法器(24)；以此类推，若1≤m＜n-1，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+m+mH) 的灰度值或者I空间分量的值与权值相乘后馈入加法器 (24)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)+(n-1)H)的灰度值或者I空间分量的值 与权值相乘后馈入加法器(24)，加法器(24) 的输出值馈入最大值比较器(13)。

2.根据权利要求1所述的基于Riemann-Liouville定义的高精度的数字图 像分数阶积分滤波器，其特征在于：时序控制电路(9)在输入数字视频流的行、 场有效信号的触发下产生相应的控制读写地址发生器(10)、第一双口RAM组 (11)、锁相/移位电路组(12)、最大值比较器(13)、图像性质判断器(14)、RGB到 HSI转换器(15)、第二双口RAM组(17)、第一分数阶积分掩模卷积单元电路(1) 到第八分数阶积分掩模卷积单元电路(8)操作所需的时序控制信号，读写地址发 生器(10)在时序控制信号的作用下产生第一双口RAM组(11)及第二双口RAM组 (17)的读写地址，并负责处理读写地址初始化和回转的问题；第一双口RAM组 (11)采用2n-2个行存储器完成2n-1行视频图像数据的获取；锁相/移位电路组 (12)根据串行数字视频码流的输入特点，利用当前输入像素，共采用3n²-3n个 D触发器，通过对数字图像进行点延时产生计算数字图像分数阶积分所需的 (2n-1)×(2n-1)像素阵列；(2n-1)×(2n-1)像素阵列的第1行采用2n-2个D触 发器，第2行采用2n-3个D触发器，一直到第n-1行每行采用D触发器的个 数都是逐行减一，第n-1行采用n个D触发器；(2n-1)×(2n-1)像素阵列的第n 行采用2n-2个D触发器；(2n-1)×(2n-1)像素阵列的第n+1行采用n个D触 发器，第n+2行采用n+1个D触发器，一直到第2n-1行每行采用D触发器 的个数都是逐行加一，第2n-1行采用2n-2个D触发器；最大值比较器(13)将 其输入信号的模值最大的值输出；图像性质判断器(14)判断输入图像为灰度图像 还是彩色图像；标志存储器(16)存储图像性质判断器(14)的判断结果；RGB到 HSI转换器(15)根据标志存储器(16)的内容完成图像从RGB空间到HSI空间的 转换；第二双口RAM组(17)存储RGB到HSI转换器(15)转换后图像H和S空 间分量；HSI到RGB转换器(18)根据标志存储器(16)的内容完成图像从HSI空间 到RGB空间的转换。