[发明专利]在FPGA中实现图像双边滤波的方法和装置、FPGA

说明书

本申请提供了一种在FPGA中实现图像双边滤波的方法和装置、FPGA，用以解决现有技术中在FPGA上使用双边滤波算法对图像数据进行滤波处理，无法满足实时性要求的问题。该方法包括：在FPGA接收来自成像设备的图像数据的过程中，将接收到的一个像素数据确定为目标像素数据，确定该目标像素数据所在滤波窗口中的全部像素数据为影响像素数据；依次从存储的空域权重表中查找确定每个影响像素数据对应的空域权重值，从存储的值域权重表中查找确定每个影响像素数据对应的值域权重值；根据查找到的该目标像素数据的全部影响像素数据的空域权重值和值域权重值，使用双边滤波器对该目标像素数据进行滤波，得到滤波后的像素数据。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种在现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)中实现图像双边滤波的方法和装置、FPGA。

背景技术

目前，在一些应用场景中，会对成像设备获取到的视频图像进行图像处理，得到所需要的图像数据。

这些图像处理技术中包括滤波处理。图像滤波即在尽量保留图像特征信息的条件下对目标图像的噪声进行抑制，是图像预处理中不可缺少的操作，其处理效果的好坏将直接影响到后续图像处理和分析的有效性和可靠性。图像滤波的方法有很多种，例如中值滤波、非线性滤波、形态学滤波等，每种滤波方法都有不同的优势和用途，具体可根据客户需求进行个性化选择。

双边滤波器(Bilateral Filter)是一种非线性滤波的方法，它同时考虑空域信息和灰度相似性，结合图像的空间邻近度和像素的灰度值相似度对图像进行滤波，可在滤除噪声的同时较好地保存图像的边缘(即细节特征)信息。较之，一般的滤波器(例如维纳滤波(Wiener filter)、高斯滤波(Gaussian filter)等)会存在较明显的边缘模糊现象，对于高频的边缘细节的保护效果不好。因此，双边滤波在对图像边缘细节要求高的应用中得到广泛应用，它综合考虑空域和值域的相关性对目标数据进行处理，是一种折中处理方法，具有简单、非迭代、局部的特点。

在图像处理的离散领域，双边滤波的定义可表示为：

其中，

其中，Ι'为双边滤波后的图像像素，I为滤波器的输入图像像素，I(i,j)为当前滤波的目标像素点的灰度值，(i,j)表示目标像素点的坐标，Ω为滤波窗口内包含的所有像素点的集合(滤波是在一定窗口区域内进行的)，I(k,l)为滤波窗口Ω内的任一像素点的灰度值，(k,l)为该像素点的坐标。g_s为空域上的滤波函数，f_r为值域上的滤波函数。K为权重，表征空域上的邻近度和值域上的相似性。

对于图像上的任意一点I(i,j)，I(k,l)为该点所在的区域窗口Ω(例如3*3、5*5或者7*7的窗口)内的任一像素点，则表征两个像素点空域邻近度的权重函数g_s可采用高斯核表示：

同理，表征两个像素点值域相似度的权重函数f_r：

其中σ_s、σ_r分别表示空域和值域的光滑参数，定义σ_s为空间度邻近度因子。其值越大，周围像素对目标像素点的影响越大，图像越模糊；反之，图像越清晰，但若其值过小，噪声的滤除效果可能会受限。

在一些应用场景中，图像成像设备获取到视频图像数据之后，通过FPGA使用双边滤波算法对视频图像数据进行处理，得到滤波后的图像数据。通常是在FPGA中实时调用IP(Intellectual Property)核对图像数据中的每个像素点进行上述公式的计算。