本發(fā)明屬于圖像預(yù)處理，尤其涉及一種基于fpga的圖像預(yù)處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、圖像在采集和傳輸?shù)倪^程中，通常會產(chǎn)生噪聲，使圖像質(zhì)量降低，影響后續(xù)處理。因此需要對圖像進(jìn)行一些圖像濾波、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。圖像預(yù)處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開拓性成就，屬于這些領(lǐng)域的有航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)檢測、機(jī)器人視覺、公安司法、軍事指導(dǎo)、文化藝術(shù)等，使圖像處理成為一門引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，從70年代中期開始，隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。人們已經(jīng)開始研究如何用計算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計算機(jī)視覺。很多國家，投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末mit的marr提出的視覺計算理論，這個理論成為計算機(jī)視覺領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是一個比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機(jī)視覺是一個有待人們進(jìn)一步探索新的領(lǐng)域。

2、fpga是一種可編程邏輯器件，具有高度的靈活性和可編程性，可以通過編程來實(shí)現(xiàn)不同的功能，在圖像處理領(lǐng)域，fpga可以實(shí)現(xiàn)各種圖像處理算法和技術(shù)，如圖像濾波、邊緣檢測、圖像分割等。

3、通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：現(xiàn)有技術(shù)圖像預(yù)處理中算法復(fù)雜，不能利用少的邏輯資源進(jìn)行圖像預(yù)處理，在后續(xù)二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定的圖像處理中實(shí)用性效果差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開實(shí)施例提供了一種基于fpga的圖像預(yù)處理方法及系統(tǒng)，具體涉及一種基于fpgak7系列的圖像預(yù)處理組合算法實(shí)現(xiàn)方法。

2、所述技術(shù)方案如下：一種基于fpga的圖像預(yù)處理方法，包括：

3、s1，灰度變換功能模塊fpga實(shí)現(xiàn)；采集fpga內(nèi)部的雙口ram存儲的連續(xù)兩行視頻數(shù)據(jù)的信息，利用單色通道提取的方法實(shí)現(xiàn)灰度轉(zhuǎn)換與顯示；

4、s2，圖像去噪功能模塊fpga實(shí)現(xiàn)；通過均值濾波、中值濾波，在fpga內(nèi)對圖像降噪處理；

5、s3，背景疊加與圖像縮放功能模塊fpga實(shí)現(xiàn)；在fpga內(nèi)增加alpha通道，控制顯示物體的透明度；通過放大倍數(shù)代替浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)圖像背景疊加，在圖像背景疊加后，對圖像進(jìn)行分辨率縮小，顯示在屏幕上。

6、在步驟s1中，單色通道提取的方法包括：在2*2的gbrg陣列中，提取其中的一個通道的像素點(diǎn)信息，2*2陣列中固定的一個位置替換其它三個通道的像素點(diǎn)信息，該固定的一個位置圖像中只含有一種顏色的灰度信息。

7、在步驟s1中，灰度變換功能模塊fpga實(shí)現(xiàn)，包括：在fpga內(nèi)部設(shè)計雙口ram存儲連續(xù)兩行視頻數(shù)據(jù)的信息，然后讀出偶數(shù)行的偶數(shù)列、奇數(shù)行的奇數(shù)列，并且每一個像素值連續(xù)讀取兩次，利用單色通道提取的方法得到2*2矩陣的單通道的數(shù)值信息，實(shí)現(xiàn)灰度轉(zhuǎn)換與顯示。

8、在步驟s2中，均值濾波在fpga內(nèi)對圖像降噪處理包括：

9、在fpga內(nèi)利用shift_ram移位寄存器緩存2行到3行的視頻數(shù)據(jù)，利用寄存器打拍延時的方法實(shí)現(xiàn)3*3的像素矩陣窗，得到cmos_data累加后的結(jié)果；

10、對所得到的cmos_data累加后的結(jié)果，均值處理；將cmos_data的累加結(jié)果與1024相乘然后在相除，提前算出1024與9相除的值，與累加和相乘，然后與1024相除得到最終的值；

11、均值計算公式為：cmos_data*(64+32+16+1)/1024。

12、在步驟s2中，中值濾波在fpga內(nèi)對圖像降噪處理包括：

13、數(shù)據(jù)緩存：在fpga內(nèi)部設(shè)計基于ram的移位寄存器，并控制基于ram的移位寄存器的參數(shù)，所述參數(shù)為數(shù)據(jù)的位寬及移位寄存器taps出口的個數(shù)；

14、矩陣生成：將taps出口輸出的每行像素點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行寄存器打拍延時處理，分別進(jìn)行兩次寄存器緩存，延時寄存器輸出的數(shù)據(jù)為3*3矩陣的值；

15、排序方法：對3*3的矩陣進(jìn)行實(shí)時排序。

16、進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)緩存中，shift_ram移位寄存器包括三個taps出口，每個taps的間距設(shè)置為640，每個taps存儲1行像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)，共存儲3行圖像像素點(diǎn)數(shù)據(jù)；每個時鐘的上升沿時刻，像素點(diǎn)數(shù)據(jù)在shift_ram中同時移動，并且每一時刻有數(shù)據(jù)從taps出口中移出。

17、在步驟s3中，在fpga內(nèi)增加alpha通道，控制顯示物體的透明度，包括：

18、三幅圖像分別為a、b、c，圖像c是通過圖像b去觀看圖像a產(chǎn)生的混合圖像效果，把a(bǔ)lpha作為圖像b的透明度表示，取值范圍為0～1；1表示透明度完全透明，0表示完全不透明；混合公式如下：

19、r(c)＝alpha×r(a)+(1-alpha)×r(b)

20、g(c)＝alpha×r(a)+(1-alpha)×r(b)

21、b(c)＝alpha×r(a)+(1-alpha)×r(b)

22、式中，r(c)、b(c)以及g(c)均為圖像c的rgb像素點(diǎn)分量；

23、對于單色通道，將背景圖片分配為0.25，原始圖像分配為0.75，則表示背景的透明度為75％，原始圖像的透明度為25％；將背景圖片和原始圖像疊加，則實(shí)現(xiàn)圖像背景疊加的效果；具體的計算公式如下：

24、result＝0.75×i+0.25×j

25、其中，i為原始圖像的rgb值，j為背景圖像的rgb值，result為背景疊加后的值。

26、在實(shí)現(xiàn)圖像背景疊加中，還需選擇放大倍數(shù)代替浮點(diǎn)運(yùn)算，通過放大倍數(shù)進(jìn)行等式變換如下：

27、4×result＝3×i+j＝i+2×i+j。

28、在步驟s3中，在圖像背景疊加后，對圖像進(jìn)行分辨率縮小，顯示在屏幕上，包括：

29、對于兩個cmos圖像傳感器采集的雙路視頻，將640*480的分辨率縮小為320*240的分辨率，顯示在屏幕的四分之一的區(qū)域，等間距的抽取有效的行或者列，寫入內(nèi)存中。

30、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于fpga的圖像預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過基于fpga的圖像預(yù)處理方法實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括：

31、灰度變換功能模塊，用于采集fpga內(nèi)部的雙口ram存儲的連續(xù)兩行視頻數(shù)據(jù)的信息，利用單色通道提取的方法實(shí)現(xiàn)灰度轉(zhuǎn)換與顯示；

32、圖像去噪功能模塊，用于通過均值濾波、中值濾波，在fpga內(nèi)對圖像降噪處理；

33、背景疊加與圖像縮放功能模塊，用于在fpga內(nèi)增加alpha通道，控制顯示物體的透明度；通過放大倍數(shù)代替浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)圖像背景疊加，在圖像背景疊加后，對圖像進(jìn)行分辨率縮小，顯示在屏幕上。

34、結(jié)合上述的所有技術(shù)方案，本發(fā)明所具備的有益效果為：本發(fā)明提供了一種簡單高效的圖像預(yù)處理組合算法實(shí)現(xiàn)方法，將前期采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度變換+圖像去噪+背景疊加+圖像縮放流水線組合處理，并且根據(jù)可編程邏輯器件自身的特點(diǎn)，對算法進(jìn)行fpga數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)，提高了視頻的顯示效果和質(zhì)量，本發(fā)明著重闡述灰度變換、去噪、alpha背景疊加及圖像縮放基本圖像預(yù)處理算法的組合應(yīng)用在fpga內(nèi)部的高效實(shí)現(xiàn)過程，用更簡便的算法以及更少的邏輯資源進(jìn)行圖像預(yù)處理，為后續(xù)二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定的圖像處理算法模塊預(yù)留接口。