基于FPGA的图像滤波方法和系统

本发明涉及图像处理，具体地，涉及一种基于fpga的图像滤波方法和系统。

背景技术：

1、图像处理，即将图像信号转换成数字信号并利用计算机等硬件进行处理的过程，使用数字图像可以直观地对图像进行变换，提取物体特征。图像处理就是一系列特定操作来改变图像的像素，达到其需要的某种特定目标。使得图像更加清晰或者从中提取到某些特定的信息。对含有噪声的图像，要进行去噪，去除干扰，从而提高图像信噪比。

2、在数字图像处理技术方面，由于现代市场上需求剧增，以及不断的技术更新发展，对图像处理的稳定性、实时性的需求与日俱增。例如商场人流量出入的监控、顾客门店出入量的统计，其处理性能、效率需求都与日俱增。对一些需要安防监管的场景，如银行、仓库以及一些需要监控系统的环境有发挥着安保级的作用。一旦出现了问题事故，则在有需要的情况下，对图像处理还原的技术要求很高。

3、然而要实现上述需求，必须可靠性较强的平台来处理。因为所需要处理图像包含的数据量与日俱增，所以对采集到的图像数据进行实时性处理要求也随之突出。

技术实现思路

1、针对现有技术中滤波实时性不强的缺陷，本发明的目的是提供一种基于fpga的图像滤波方法和系统。

2、第一方面，本申请实施例提供一种基于fpga的图像滤波方法，基于fpga开发板中的中值滤波ip核进行图像滤波处理，所述方法包括：

3、将采集到的rgb格式图像转换为灰度图像；

4、通过3*3的中值滤波核对所述灰度图像进行滤波处理，得到处理后的数字图像。

5、可选地，在将采集到的rgb格式图像转换为灰度图像之后，还包括：

6、将所述灰度图像进行滤波，使用3*3的滤波模块；

7、根据每个像素块生成相应的像素阵列。

8、可选地，通过3*3的中值滤波核对所述灰度图像进行滤波处理，得到处理后的数字图像，包括：

9、分别对像素阵列中每行的3个像素进行排序，得出每行的最大值、中间值和最小值；

10、提出取三个最大值中的最小值x1；

11、提出取三个中间值的中间值x2；

12、提出取三个最小值中的最大值x3；

13、将三个最大值中的最小值x1、三个中间值的中间值x2、三个最小值中的最大值x3进行比较，取中值作为对应像素阵列的值。

14、可选地，还包括：

15、将处理后的数字图像进行存储，和/或，

16、将处理后的数字图像在显示屏，或者jupyter notebook中进行展示，并在展示的同时显示图像滤波处理的消耗时间。

17、第二方面，本申请实施例提供一种基于fpga的图像滤波系统，应用如第一方面中任一项所述的基于fpga的图像滤波方法，所述系统包括：计算机、fpga开发板，以及摄像头，所述fpga开发板通过串口与所述计算机通信连接，所述fpga开发板通过网线与计算机中的jupyter notebook建立连接，所述开发板通过异步收发器桥建立与计算机之间的串行通信，其中：

18、所述摄像头采集rgb格式图像，并转换为灰度图像；

19、所述fpga开发板，通过加载的vivado软件运行含有中值滤波ip核的系统，将接收到的灰度图像进行中值滤波处理。

20、可选地，所述摄像头采用ov5640摄像头。

21、可选地，fpga开发板采用zynq型fpga芯片，通过fpga芯片和arm处理器图像的滤波结果进行比较。

22、第三方面，本申请实施例提供一种基于fpga的图像滤波设备，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：

23、执行第一方面中任一项所述的基于fpga的图像滤波方法的步骤。

24、第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现第一方面中任一项所述的基于fpga的图像滤波方法的步骤。

25、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

26、本申请中通过fpga开发板编写中值滤波ip核，并利用xilinx ip核库里面的核生成整体系统框架，通过vivado的generation bitstream命令生成比特流的输出。通过串口下载至fpga开发板，通过利用python在计算机的jupyter notebook中对其fpga内部逻辑资源进行调用，达到将中值滤波算法和fpga的并行优势结合的目的，有效地提高了图像滤波运算的效率。

技术特征：

1.一种基于fpga的图像滤波方法，其特征在于，基于fpga开发板中的中值滤波ip核进行图像滤波处理，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于fpga的图像滤波方法，其特征在于，在将采集到的rgb格式图像转换为灰度图像之后，还包括：

3.根据权利要求2所述的基于fpga的图像滤波方法，其特征在于，通过3*3的中值滤波核对所述灰度图像进行滤波处理，得到处理后的数字图像，包括：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于fpga的图像滤波方法，其特征在于，还包括：

5.一种基于fpga的图像滤波系统，其特征在于，应用如权利要求1-4中任一项所述的基于fpga的图像滤波方法，所述系统包括：计算机、fpga开发板，以及摄像头，所述fpga开发板通过串口与所述计算机通信连接，所述fpga开发板通过网线与计算机中的jupyternotebook建立连接，所述开发板通过异步收发器桥建立与计算机之间的串行通信，其中：

6.根据权利要求5所述的基于fpga的图像滤波系统，其特征在于，所述摄像头采用ov5640摄像头。

7.根据权利要求5所述的基于fpga的图像滤波系统，其特征在于，fpga开发板采用zynq型fpga芯片，通过fpga芯片和arm处理器图像的滤波结果进行比较。

8.一种基于fpga的图像滤波设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：

9.一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现权利要求1至4任一项所述的基于fpga的图像滤波方法的步骤。

技术总结
本发明提供了一种基于FPGA的图像滤波方法和系统，基于FPGA开发板中的中值滤波IP核进行图像滤波处理，该方法包括：将采集到的RGB格式图像转换为灰度图像；通过3*3的中值滤波核对所述灰度图像进行滤波处理，得到处理后的数字图像。通过Vivado编写中值滤波IP核，并利用Xilinx IP核库里面的核生成整体系统框架，通过Vivado的Generation Bitstream命令生成比特流的输出。通过串口下载至FPGA开发板，利用计算机中的Jupyter Notebook对其FPGA内部逻辑资源进行调用，达到将中值滤波算法和FPGA的并行优势结合的目的，有效地提高了图像滤波运算的效率。

技术研发人员：张焓
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15