域的大小可W根據(jù)GPU 中處理器的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，W保證并行效率。各個(gè)線程塊并行執(zhí)行。在上述4個(gè)計(jì)算方向 中，并行處理其中一個(gè)計(jì)算方向上的所有濾波計(jì)算，內(nèi)存讀寫都在共享內(nèi)存中進(jìn)行。每個(gè) 線程計(jì)算圖像中沿該計(jì)算方向的一行，它依次讀取該一行中在鄰域大小范圍內(nèi)的兩個(gè)像素 點(diǎn)，按照濾波公式進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果累加到輸出圖像相應(yīng)的兩個(gè)像素點(diǎn)的結(jié)果中。
[0046] 如圖3A所示，在圖3A所示的方向（即圖2A中的A方向）的計(jì)算中，一個(gè)線程塊中 的每個(gè)線程如箭頭直線所示，并行計(jì)算沿y方向的1列，線程1計(jì)算第1列，線程2計(jì)算第2 列，線程32處理第32列，即完成2維圖像A方向的計(jì)算。其中，每個(gè)線程分別針對(duì)圖像中 的一行像素(在此為y方向的一列)，例如從該行的起始像素開始直到該行的最終像素為止 依次作為對(duì)象像素，在對(duì)象像素與該對(duì)象像素在該計(jì)算方向（A方向）上的各鄰域像素之間 進(jìn)行濾波計(jì)算，并將濾波計(jì)算的結(jié)果分別W累加的方式保存為該對(duì)象像素和各鄰域像素的 濾波結(jié)果。例如，可W利用下式計(jì)算濾波后像素灰度值U' ：
[0047]
[0048]
[004引如圖3B所示，在圖3B所示的方向（即圖2A中的B方向）的計(jì)算中，每個(gè)線程并行 計(jì)算沿X方向的1行，并行方法類似于A方向。例如，可W利用下式計(jì)算濾波后像素灰度值 U'：
[005引如圖3C所示，在圖3C所示的方向（即圖2A中的C方向）的計(jì)算中，每個(gè)線程如箭 頭直線所示，并行計(jì)算沿斜率為45度方向的一條直線上的濾波。線程1計(jì)算點(diǎn)（32, 1)至點(diǎn)
[0050]
[0051] (1，32)連線上的各點(diǎn)。線程2計(jì)算點(diǎn)（32, 2)至點(diǎn)（2, 32)連線上的各點(diǎn)，及點(diǎn)（1，2)至點(diǎn) (2, 1)連線上的各點(diǎn)。不同于A方向、B方向的是，由于矩形圖像的原因，線程2處理的兩段 直線不連續(xù)，其實(shí)可W將第二段直線看做第一段直線在該矩形范圍內(nèi)的延伸。也就是說， 在計(jì)算方向確定步驟S1中確定了相對(duì)于圖像中的像素排列方向(在此為A方向、B方向)傾 斜的計(jì)算方向的情況下，在各方向?yàn)V波計(jì)算步驟S2中，按該傾斜的計(jì)算方向（例如C方向） 進(jìn)行處理時(shí)，使得每個(gè)線程所計(jì)算的各行像素的像素?cái)?shù)量相等。例如，可W利用下式計(jì)算濾 波后像素灰度值y' ：
[0053]
[0054]
[005引如圖3D所示，圖3D所示的方向（即圖2A中的D方向）的計(jì)算類似于C方向，每個(gè) 線程并行計(jì)算沿斜率為135度方向的一條直線上的濾波。例如，可W利用下式計(jì)算濾波后 像素灰度值y' ：
[0056]
[0057]
[0058] 在上述A方向至D方向的計(jì)算中，線程塊中的每個(gè)線程優(yōu)選相互并行地進(jìn)行濾波 計(jì)算。例如，在多個(gè)線程之間，各線程同時(shí)W各自計(jì)算的各行像素中從起始像素開始次序相 同的像素(例如第n個(gè)像素)作為對(duì)象像素。該樣，在各行像素?cái)?shù)量相同的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn) 各個(gè)線程相互并行地進(jìn)行濾波計(jì)算。
[0059] 經(jīng)過上述計(jì)算，通過各方向?yàn)V波計(jì)算步驟S2計(jì)算上述4個(gè)計(jì)算方向上的濾波結(jié) 果。然后，在圖像濾波結(jié)果獲得步驟S3中，將針對(duì)上述4個(gè)計(jì)算方向得到的濾波結(jié)果按2 維圖像的每個(gè)像素累加，從而獲得2維圖像的圖像濾波結(jié)果。最后，將全部線程塊的全部圖 像濾波結(jié)果從共享內(nèi)存寫入全局存儲(chǔ)器中，作為2維圖像的圖像濾波結(jié)果。在此，每一個(gè)線 程塊均按上述方法處理2維圖像數(shù)據(jù)中的一個(gè)矩形區(qū)域，各個(gè)線程塊并行執(zhí)行，直到所有 圖像數(shù)據(jù)處理完畢。
[0060] 接下來說明針對(duì)3維圖像進(jìn)行濾波處理的例子。在針對(duì)3維圖像進(jìn)行濾波處理、 且濾波處理的鄰域范圍的半徑r為1的情況下，如上所述，在計(jì)算方向確定步驟S1中確定 的計(jì)算方向的數(shù)量為13。在此，繼續(xù)參照?qǐng)D3A~圖3D并追加圖3E、圖4、圖5A、圖5B進(jìn)行 說明。在此，假設(shè)3維圖像的大小為料Y*Z(例如512巧12巧12)，可W看成是Z個(gè)料Y的2 維圖像片。
[0061] 然后，讀入輸入圖像（3維圖像)到GPU全局存儲(chǔ)器中，全局存儲(chǔ)器中的輸出圖像初 始化為零。接下來進(jìn)行任務(wù)分配。輸入圖像在XY平面上可W分成幾個(gè)矩形區(qū)域，每個(gè)矩形 區(qū)域?qū)?yīng)的3維圖像體由一個(gè)線程塊處理。假設(shè)一個(gè)線程塊中含有32個(gè)線程，原圖像在XY 平面上可W分成256個(gè)大小為32*32的矩形區(qū)域，每個(gè)線程塊處理一個(gè)矩形區(qū)域?qū)?yīng)的圖 像體(大小為32*32*Z)。與2維圖像時(shí)相同，矩形區(qū)域的大小可W根據(jù)GPU中處理器的數(shù)量 進(jìn)行調(diào)整，w保證并行效率。各個(gè)線程塊并行執(zhí)行。
[0062] 圖4是本發(fā)明針對(duì)3維圖像的一個(gè)線程塊的并行處理流程示意圖。圖5A、圖5B是 本發(fā)明3維圖像濾波的內(nèi)存管理示意圖。在圖5A、圖5B中，下角標(biāo)U表示構(gòu)成3維圖像的 多個(gè)2維圖像中的上一片圖像的貢獻(xiàn)，M表示中間圖像的貢獻(xiàn)，L表示下一片圖像的貢獻(xiàn)，輸 出為U+M+L。如圖4、圖5A、圖5B所示，在步驟S31中，從全局存儲(chǔ)器向多核處理器的共享內(nèi) 存巧享存儲(chǔ))讀入構(gòu)成3維圖像的多個(gè)2維圖像中的起始化+1個(gè)2維圖像，并對(duì)該化+1個(gè) 2維圖像執(zhí)行各方向?yàn)V波計(jì)算步驟S2和圖像濾波結(jié)果獲得步驟S3。在此r為1，因此從全 局存儲(chǔ)中拷貝要處理的圖像體的前3片圖像(第一片至第H片巧Ij共享內(nèi)存。此部分圖像為 該線程塊要處理的輸入圖像，并在共享內(nèi)存中分配一塊相同大小的輸出圖像，初始值為零。 在步驟S32中，在上述13個(gè)計(jì)算方向中，并行處理其中一個(gè)計(jì)算方向上的所有濾波計(jì)算，內(nèi) 存讀寫都在共享內(nèi)存中進(jìn)行。每個(gè)線程計(jì)算圖像中沿該計(jì)算方向的一行，它依次讀取該一 行中在鄰域大小范圍內(nèi)的兩個(gè)像素點(diǎn)，按照濾波公式進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果累加到輸出 圖像相應(yīng)的兩個(gè)像素點(diǎn)的結(jié)果中。
[0063] 其中，在上述13個(gè)計(jì)算方向之中，2維計(jì)算方向上的計(jì)算與上述2維圖像時(shí) 相同，例如在圖3A所示的A方向的計(jì)算中，線程1的具體操作為，首先讀取第1列的前 兩個(gè)像素，即X坐標(biāo)為1和2的兩個(gè)像素，將兩點(diǎn)像素值相減，帶入上述濾波公式，計(jì)算 N〇,i,〇餐(化1,1-化2,1)，將結(jié)果累加至y'1,1,1，計(jì)算N〇-i,〇0C化2.1 -咕1丄)，將結(jié)果累加至y，1,2,1，然后讀入X坐標(biāo)為3的點(diǎn)，將y1,2,1與y1,3,1相減，計(jì)算如,'2,廣化3,1)，將結(jié) 果累加至y'lAi，計(jì)算
[0064] N〇,-i,〇0(化3,1-Pl,2,l)，將結(jié)果累加至y'1，3，1。W此類推直至完成整列計(jì)算。其 他2維方向上的計(jì)算在此不做費(fèi)述。
[0065] 對(duì)于3維計(jì)算方向上的并行方法，可W由2維計(jì)算方向上的并行方法類推得到，思 路一致，只是計(jì)算直線方向由2維變?yōu)?維。在此，舉出3維方向之中的一個(gè)計(jì)算方向?yàn)槔?進(jìn)行說明。圖3E是本發(fā)明針對(duì)3維圖像在一個(gè)3維計(jì)算方向（Z方向）上線程的任務(wù)分配 示意圖。如圖3E所示，每個(gè)線程計(jì)算沿箭頭直線所示的一行，例如從該行的起始像素開始 直到該行的最終像素為止依次作為對(duì)象像素，在對(duì)象像素與該對(duì)象像素在Z方向上的各鄰 域像素之間進(jìn)行濾波計(jì)算(例如像素值的相減)，并將濾波計(jì)算的結(jié)果分別W累加的方式保 存為該對(duì)象像素和各鄰域像素的濾波結(jié)果。
[0066] 在步驟S33中，判斷是否完成了所有計(jì)算方向的計(jì)算。如果判斷結(jié)果為否，則返回 步驟S32。如果判斷結(jié)果為是，即上述13個(gè)計(jì)算方向的計(jì)算都完成之后，共享內(nèi)存中化+1 (在此為3)片圖像之間的對(duì)彼此的濾波貢獻(xiàn)計(jì)算完成。其中，前r+1片(在此為第1片和第 2片）的濾波計(jì)算已全部完成，而剩下的r片(在此為第3片）圖像還需計(jì)算第4片圖像對(duì)其 的貢獻(xiàn)，因此第3片圖像的濾波計(jì)算還未完成。此時(shí)，在步驟S34中，將讀入的化+1個(gè)（3 片）2維圖像中的前r+1個(gè)(第1片和第2片）2維圖像的各像素的濾波結(jié)果（1ma、2胃A)從 共享內(nèi)存寫入全局存儲(chǔ)器，而第3片圖像的中間結(jié)果（3胃）仍然保留在共享內(nèi)存中W用于 后續(xù)計(jì)算。
[0067] 接著，在步驟S35中，從全局存儲(chǔ)器向共享內(nèi)存讀入構(gòu)成3維圖像的多個(gè)2維圖像 中的后續(xù)r+1個(gè)(在此為第4片和第5片）2維圖像，并將該2片圖像的輸出圖像初始化為 0。然后，對(duì)由該后續(xù)r+1個(gè)2維圖像和之前未從共享內(nèi)存寫入全局存儲(chǔ)器的r個(gè)2維圖像 組成的化+1個(gè)(在此為第3片至第5片）2維圖像，執(zhí)行各方向?yàn)V波計(jì)算步驟S2和圖像濾 波結(jié)果獲得步驟S3。具體與步驟S32~S34相同，在此不再費(fèi)述。在步驟S36中，判斷針 對(duì)3維圖像體是否全部處理完成。如果判斷結(jié)果為否，則返回步驟S32,重復(fù)上述處理直到 Z片2維圖像處理完成，即將構(gòu)成3維圖像的全部2維圖像的圖像濾波結(jié)果從共享內(nèi)存寫入 全局存儲(chǔ)器。
[0068] 在此，每一個(gè)線程塊均按上述方法處理3維圖像數(shù)據(jù)中的一個(gè)3維圖像體，各個(gè)線 程塊并行執(zhí)行，直到所有圖像數(shù)據(jù)處理完畢。最后，結(jié)束計(jì)算，將寫入全局存儲(chǔ)器的全部圖 像濾波結(jié)果作為3維圖像的圖像濾波結(jié)果。
[0069] 接下來，參照