圖像處理算法及其應(yīng)用研究

徐 奔,韓 琦

（山東凱樂(lè)化工有限公司,277011）

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圖像處理算法及其應(yīng)用研究

徐 奔,韓 琦

（山東凱樂(lè)化工有限公司,277011）

摘要：圖像處理算法這種理論研究有著很高的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樵谠絹?lái)越廣泛的領(lǐng)域內(nèi)開始應(yīng)用著圖像處理算法，并且，也出現(xiàn)了越來(lái)越多的圖像處理方法。所以，文章通過(guò)下文對(duì)圖像處理算法及應(yīng)用的相關(guān) 內(nèi)容進(jìn)行了論述，從而為有關(guān)單位及研究人員在實(shí)際工作中提供一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：圖像處理算法；應(yīng)用；分析

1　分析圖像處理算法

1.1劃分圖像處理軟件功能

有四種類型的圖像處理軟件，主要是：圖像工具欄設(shè)計(jì)管理模塊、圖像圖形菜單模塊、通信模塊和畫布定制模塊。其中，軟件的入口模塊即為畫布定制模塊。用戶在將畫布定制完成后，可以向圖像處理模塊或者 繪圖模塊中進(jìn)入。

并且，該處理方法邊緣檢測(cè)與噪聲去除等基礎(chǔ)上，在通過(guò)FPGA硬件結(jié)合起來(lái)，對(duì)圖像處理方法的相關(guān)要求要充分的給予滿足。大多數(shù)情況下，都是在模板基礎(chǔ)上完成圖像處理的，并且形態(tài)學(xué)運(yùn)算和圖像濾波是在操作模板的基礎(chǔ)上開展起來(lái)的。它對(duì)一個(gè)窗口進(jìn)行應(yīng)用，可以用一個(gè)點(diǎn)四周的形狀或者長(zhǎng)度將這個(gè)窗口展示出來(lái)，從而將算法的輸出計(jì)算出來(lái)，比如，對(duì)于整個(gè)運(yùn)算領(lǐng)域中全部像素的平均值都可以通過(guò)滑動(dòng)模板進(jìn)行操作，濾波值的原理就能夠通過(guò)這些有效的展現(xiàn)出來(lái)。

2　具體的應(yīng)用情況分析

2.1去圖像噪

由Tukey將一種非線性信號(hào)處理技術(shù)研究了出來(lái)，即為中值濾波，初期在微信號(hào)處理中被應(yīng)用，后來(lái)在二維數(shù)字圖像平滑中得到了應(yīng)用，這種提升圖像信噪比、抑制圖形噪聲的濾波技術(shù)是在排序系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。在一維狀態(tài)下，有奇數(shù)個(gè)滑動(dòng)數(shù)據(jù)模板存在于一維中值濾波器中，然后，從大到小的將數(shù)據(jù)在模板中排列出來(lái)，那么，最終的處理結(jié)果要從最中間的位置進(jìn)行選擇。排列模板中的數(shù)據(jù)是 中值濾波的核心運(yùn)算，因此，一旦有單一的亮點(diǎn)噪聲出現(xiàn)，在排序的時(shí)候，在數(shù)據(jù)序列的最左側(cè)或者最右側(cè)進(jìn)行排序，所以，噪聲的點(diǎn)的值在最后選擇的數(shù)據(jù)序列處很難被選擇出來(lái)，這樣對(duì)其中的噪聲就可以有效的進(jìn)行抑制。

2.2檢測(cè)圖像邊緣

圖像的最基本特征是圖像的邊緣。就邊緣而言指的是有屋頂變化或者階躍變化的像素集合存在于其周圍像素灰度中。在物體與物體之間、基元和基元之間、背景和物體之間都廣泛的存在著邊緣的身影。所以，在分割圖形時(shí)，它為其中的主要特征。通過(guò)大量的實(shí)踐分析，有著多種類型的圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)，例如，Prewitt算子、Laplaceian算子、Rorberts算子、Sobel算子等。

文章以Sobel算子為例進(jìn)行了闡述，在圖像數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)該積極的應(yīng)用卷積運(yùn)算方法，并且，這也是一種應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)措施。在具體處理中，這種處理方法就是利用線性的方法處理一副輸入圖像，然后將輸出圖像獲取出來(lái)。

在該運(yùn)算方法中，通常對(duì)3×3的卷積模板進(jìn)行應(yīng)用。在圖像卷積濾波的二維數(shù)字陳列中可以應(yīng)用卷積模板法，卷積運(yùn)算是通過(guò)圖像完成的，而且為一種重要的函數(shù)。這種運(yùn)算有著較廣的應(yīng)用范圍，只要將卷積模板中的系數(shù)改變，不同的功能在其中就會(huì)被展現(xiàn)出來(lái)，例如增強(qiáng)特征與去噪等，因此，可以說(shuō)，有著一定的實(shí)效性存在于卷積運(yùn)算中。

其實(shí)，邊緣檢測(cè)模板和平滑模板的系數(shù)都是對(duì)立的，如下圖所示。在此基礎(chǔ)上，能夠有效的完成FPGA硬件上的卷積運(yùn)算。在設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)用模板，進(jìn)而將設(shè)計(jì)周期縮短，對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行有效的節(jié)約。

2.3設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體硬件

算法模塊、3×3模板生成模塊和行列計(jì)算器模塊是圖像處理系統(tǒng)中的主要硬件系統(tǒng)。在種種圖像處理算法所要應(yīng)用的3×3模板，主要是在3×3模板生成模板功能基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。對(duì)正在處理數(shù)據(jù)在完成圖像行列計(jì)算功能與數(shù)據(jù)列陣中的位置通過(guò)行列計(jì)算器模塊來(lái)確定，在電路設(shè)計(jì)中，算法模塊為其中的核心，通過(guò)各種圖像算法處理分析3×3模板中的九個(gè)數(shù)據(jù)值，將通過(guò)算法處理完的正確輸出信號(hào)生成出來(lái)。

下圖為系統(tǒng)的整體硬件模塊框架圖。全局的時(shí)鐘信號(hào)輸入通常用CLK來(lái)表示，全局的復(fù)位信號(hào)輸入用RST表示，八位灰度圖像圖像信號(hào)輸入用D表示，利用圖像處理后的八位信號(hào)輸出用DOUT來(lái)表示，信號(hào)輸出的標(biāo)志用DV表示，用通過(guò)算法處理后的合理輸出數(shù)據(jù)值 表示輸出信號(hào)時(shí)，DV就是高電平，不然就是低電平。

在基于滑動(dòng)操作圖像處理算法的基礎(chǔ)上完成總體硬件的設(shè)計(jì)。因?yàn)橛兄蓮?fù)用的特征存在于FPGA中，這樣對(duì)行列計(jì)數(shù)器模塊與3×3模板生成模塊就無(wú)需重復(fù)設(shè)計(jì)，只需要將原理圖法或者硬件描述語(yǔ)言中將頂層硬件應(yīng)用進(jìn)去，將這兩個(gè)模塊與不同的算法模塊充分的融合到一塊，并且將科學(xué)的時(shí)序關(guān)系設(shè)計(jì)出來(lái)，這樣將種種形式的圖像處理方法的功能才可以充分的發(fā)揮出來(lái)。但是應(yīng)該注意，有著一定的差異會(huì)存在于種種類型圖像處理算法的頂層硬件設(shè)計(jì)中。然而，有著一定的可復(fù)用性存在于底層模塊中，這樣就可以有效的縮短設(shè)計(jì)周期，并且，也能夠更加清晰簡(jiǎn)潔的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4FPGA與中值濾波算法的結(jié)合

在分析了基本處理方法之后，我們可以清晰地發(fā)現(xiàn)，有著明顯的優(yōu)勢(shì)存在于中值濾波中，在此基礎(chǔ)上，對(duì)FPGA基礎(chǔ)上的中值濾波算法進(jìn)行了論述。在應(yīng)用中值濾波器時(shí)，將3×3的方形窗口設(shè)置出來(lái)，將九個(gè)大小平均的像素值確定出來(lái)，然后通過(guò)三十次的比較，將中間輸出值確定出來(lái)。然而，通過(guò)相應(yīng)的對(duì)比，不但容易導(dǎo)致資源的浪費(fèi)還會(huì)耗掉一定的時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，為了將資源利用率與處理速度提升，應(yīng)該對(duì)一種敏捷的中值濾波方法進(jìn)行應(yīng)用，單純的通過(guò)十九次比較，就可以將中值確定出來(lái)，在此種方法的基礎(chǔ)上，不但可以將對(duì)比次數(shù)降低，將工作效率增加，還可以大大的減少成本投入。首先，間最小值、最大值和中值輸入到其中，然后向著下線中輸入，然后完成相應(yīng)的比較，將一定數(shù)量模塊中的中值獲取出來(lái)，進(jìn)而有效的處理這些圖像。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域都取得了前所未有的發(fā)展，一些先進(jìn)的技術(shù)理念和技術(shù)措施不斷的被滲入到其中。圖像處理技術(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)措施，并且，為了能夠更好的適應(yīng)相應(yīng)的需求，應(yīng)該從具體情況出發(fā)，不斷技術(shù)進(jìn)行更新與強(qiáng)化，只有順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，研究出一些更加先進(jìn)的技術(shù)，才可以確保技術(shù)的應(yīng)用效果。對(duì)此，文章通過(guò)下文對(duì)相關(guān)方面的內(nèi)容進(jìn)行了探究，首先，闡述了圖像處理技術(shù)的概念內(nèi)容，然后又對(duì)其基本的應(yīng)用情況進(jìn)行了闡述，借此為有關(guān)單位及工作人員在實(shí)際工作中提供一定的方法論支撐。

參考文獻(xiàn)

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[2]李元帥，周國(guó)忠，劉儒貞.圖像中值濾波硬件算法及其在FPGA中的實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用.201220(05):12-14.

作者簡(jiǎn)介

徐奔，1987年9月生，男，山東棗莊人，助理工程師，現(xiàn)就職于山東凱樂(lè)化工有限公司，從事監(jiān)控系統(tǒng)研究、計(jì)算機(jī)軟硬件維護(hù)等工作。

韓琦，1987年12月生，男，山東棗莊人，助理工程師，現(xiàn)就職于山東凱樂(lè)化工有限公司，從事生產(chǎn)線自動(dòng)控制研究等工作。

Research on image processing algorithm and its application

Xu Ben,Han Qi
(Shandong Kaile Chemical Co. Ltd.,277011)

Abstract：Image processing algorithm of this research has a very high application value,because in more and more widely in the field of began to use the image processing algorithms,and also appeared in the more and more image processing methods.So,the article below the relevant content of the image processing algorithm and its application are discussed,so as to study the relevant units and personnel in the practical work to provide some help.

Keywords：image processing algorithm;application;analysis