[发明专利]基于Riemann-Liouville定义的数字图像的1～2阶分数阶微分滤波器

权利要求书

1.一种基于Riemann-Liouville定义的数字图像的1～2阶分数阶微分滤波器，其特征在于：它是由数字视频流时序控制电路(9)、读写地址发生器(10)、双口RAM组(11)、锁相/移位电路组(12)、第一分数阶微分掩模卷积算法单元电路(1)、第二分数阶微分掩模卷积算法单元电路(2)、第三分数阶微分掩模卷积算法单元电路(3)、第四分数阶微分掩模卷积算法单元电路(4)、第五分数阶微分掩模卷积算法单元电路(5)、第六分数阶微分掩模卷积算法单元电路(6)、第七分数阶微分掩模卷积算法单元电路(7)、第八分数阶微分掩模卷积算法单元电路(8)与最大值比较器(13)级联而成；串行数字视频码流S_x(k)输入基于Riemann-Liouville定义的数字图像的1～2阶分数阶微分滤波器后分成三路：第一路顺序经过时序控制电路(9)、读写地址发生器(10)、双口RAM组(11)、锁相/移位电路组(12)，并行经过第一分数阶微分掩模卷积算法单元电路(1)、第二分数阶微分掩模卷积算法单元电路(2)、第三分数阶微分掩模卷积算法单元电路(3)、第四分数阶微分掩模卷积算法单元电路(4)、第五分数阶微分掩模卷积算法单元电路(5)、第六分数阶微分掩模卷积算法单元电路(6)、第七分数阶微分掩模卷积算法单元电路(7)、第八分数阶微分掩模卷积算法单元电路(8)处理后，分别输出像素S_x(k+(n-1)(H+1))在分数阶微分掩模右上对角线、x轴负方向、分数阶微分掩模左上对角线、y轴正方向、y轴负方向、分数阶微分掩模左下对角线、x轴正方向和分数阶微分掩模右下对角线8个方向上的灰度值或者HSI空间中的I分量值的v阶分数阶偏微分的近似值，经过最大值比较器(13)处理后，输出上述8个近似值中的模值最大的值作为像素S_x(k+(n-1)(H+1))的v阶分数阶微分值近似值 (k+(n-1)(H+1))，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微分的数字图像行数的正整数；H的取值等于待进行分数阶微分的数字图像列数的正整 数；n取[3，min(H，L)-2]之间的任意奇数，min(H，L)表示H和L中的最小值；v取[1，2]之间的任意分数或有理小数值；第二路触发时序控制电路产生相应的时序控制信号；第三路与双口RAM组(11)的输出一起馈入锁相/移位电路组(12)生成(2n+1)×(2n+1)的像素阵列，锁相/移位电路组(12)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微分所需的(2n+1)×(2n+1)像素阵列；(2n+1)×(2n+1)像素阵列的第1行采用2n个D触发器，第2行采用2n-1个D触发器，一直到第n行每行采用D触发器的个数都是逐行减一，第n行采用n+1个D触发器；(2n+1)×(2n+1)像素阵列的第n+1行采用2n个D触发器；(2n+1)×(2n+1)像素阵列的第n+2行采用n+1个D触发器，第n+3行采用n+2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个D触发器；第一分数阶微分掩模卷积算法单元电路(1)至第八分数阶微分掩模卷积算法单元电路(8)的计算数据类型也分为相应三种类型：单精度型；双精度型；长双精度型，第一分数阶微分掩模卷积算法单元电路(1)至第八分数阶微分掩模卷积算法单元电路(8)分别计算数字图像中像素在分数阶微分掩模右上对角线、x轴负方向、分数阶微分掩模左上对角线、y轴正方向、y轴负方向、分数阶微分掩模左下对角线、x轴正方向和分数阶微分掩模右下对角线8个不同方向上的分数阶偏微分近似值；每个算法单元电路由与分数阶微分掩模尺寸数相同的n+2个乘法器和一个加法器(21)构成组成，这n+2个乘法器分别表示为第1乘法器至第n+2乘法器(14～20)；第1乘法器至第n+2乘法器(14～20)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

第一分数阶微分掩模卷积算法单元电路(1)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在分数阶微分掩模右上对角线方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第一分数阶微分掩模卷积算法单元电路(1)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H-1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H+1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(m-1)H+(m-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-3)H+(n-3))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-2)H+(n-2))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)H+(n-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)； 

第二分数阶微分掩模卷积算法单元电路(2)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x轴负方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第二分数阶微分掩模卷积算法单元电路(2)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(m-1)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-3)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-2)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)；

第三分数阶微分掩模卷积算法单元电路(3)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在分数阶微分掩模左上对角线方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第三分数阶 微分掩模卷积算法单元电路(3)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H+1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H-1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(m-1)H-(m-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-3)H-(n-3))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-2)H-(n-2))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1)H-(n-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)；

第四分数阶微分掩模卷积算法单元电路(4)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在y轴正方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第四分数阶微分掩模卷积算法单元电路(4)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1)的灰度值或者HSI空间的I分量 的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(m-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-3))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-2))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)；

第五分数阶微分掩模卷积算法单元电路(5)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在y轴负方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第五分数阶微分掩模卷积算法单元电路(5)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)+1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素 S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(m-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-3))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-2))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)-(n-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)；

第六分数阶微分掩模卷积算法单元电路(6)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在分数阶微分掩模左下对角线方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第六分数阶微分掩模卷积算法单元电路(6)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H+1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素 S_x(k+(n-1)(H+1)+H-1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(m-1)H-(m-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-3)H-(n-3))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-2)H-(n-2))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)H-(n-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)；

第七分数阶微分掩模卷积算法单元电路(7)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在x轴正方向上的v阶分数阶偏微分的近似值；第七分数阶微分掩模卷积算法单元电路(7)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H)的 灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推，m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(m-1)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-3)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-2)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)H)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)；

第八分数阶微分掩模卷积算法单元电路(8)计算像素S_x(k+(n-1)(H+1))在分数阶微分掩模右下对角线方向上v阶分数阶偏微分的近似值；第八分数阶微分掩模卷积算法单元电路(8)结构为：像素S_x(k+(n-1)(H+1)-H-1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第1乘法器(14)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第2乘法器(15)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+H+1)的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第3乘法器(16)，相乘后馈入加法器(21)；以此类推， m取[3，n-3]之间的任意正整数，像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(m-1)H+(m-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第i乘法器(17)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-3)H+(n-3))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n乘法器(18)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-2)H+(n-2))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+1乘法器(19)，相乘后馈入加法器(21)；像素S_x(k+(n-1)(H+1)+(n-1)H+(n-1))的灰度值或者HSI空间的I分量的值与权值 分别馈入第n+2乘法器(20)，相乘后馈入加法器(21)。