[发明专利]基于函数级演化硬件的图像空间域滤波系统及方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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. Suresh, J. Raja Paul Perinbam: Digital Image Filter Design using Evolvable Hardware.  In Proceedings of the Fourth Annual ACIS International Conference on Computer and Information Scien

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。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明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，本发明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。