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基于FPGA的PCNN图像噪声滤波器设计

作　者: 王小宁
导　师: 马义德；吕兴寿
学　校: 兰州大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: FPGA 脉冲耦合神经网络图像滤波脉冲噪声中值滤波
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着嵌入式系统的发展,基于硬件实现的图像处理技术需求快速增长。软硬件可裁剪是嵌入式系统的特点,高速、实时性是硬件实现的优点,FPGA具有灵活的可编程和可重配置性能,FPGA器件的高集成度和高速处理能力使得用硬件实现图像处理算法成为可能。近年来基于FPGA的图像处理研究成为图像处理领域一个重要的研究方向。基于PCNN和中值滤波器的图像脉冲噪声滤波器算法是本实验室多年来进行图像处理技术研究取得的成果之一。相比Matlab软件实现,将该脉冲噪声滤波器算法移植到FPGA硬件平台实现,具有速度快,性能好等的优点。论文主要进行PCNN脉冲噪声滤波器在FPGA平台上的实现研究。论文设计的基于FPGA的PCNN脉冲噪声滤波器主要包括PCNN噪声检测模块、中值滤波模块、图像显示输出模块和Flash读写控制模块等。在实现过程中解决了以下几个问题：(1)将PCNN结合中值滤波设计的脉冲噪声滤波器在硬件FPGA上实现,主要用PCNN的分类属性来判断噪声点,再用中值滤波来滤除噪声点。(2)在FPGA上实现PCNN脉冲噪声检测时,提出对于高亮度脉冲噪声(盐噪声),使用较高的初始阈值,经过很少的点火次数(1至2次)即可定位出噪声点；而对于低亮度脉冲噪声(椒噪声),只需将图像进行反转,使低亮度变为高亮度,用同样的方法处理即可,这样使迭代次数大为减少。(3)将Flash读写控制和VGA显示控制结合,VGA显示控制模块与滤波器输出连接,使滤波器输出直观在显示器上显示,同时将结果以文件形式保存,便于后期分析处理。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 PCNN图像滤波处理算法的发展现状  9-10
  1.3 PCNN原理与基本模型简介  10-11
  1.4 本论文写作安排  11-13
第2章 FPGA技术及其设计方法  13-19
  2.1 图像处理硬件实现的主要方法  13
  2.2 FPGA芯片的选型  13-15
  2.3 硬件描述语言  15
  2.4 FPGA的开发平台  15-18
    2.4.1 FPGA的设计流程及软件平台Quartus Ⅱ简介  15-16
    2.4.2 滤波器实现的FPGA硬件平台DE2-70简介  16-18
  2.5 本章小结  18-19
第3章脉冲噪声滤波器原理及介绍  19-25
  3.1 噪声的特征、分类及抑制方法  19
  3.2 基于PCNN的非线性脉冲噪声滤波器原理  19-21
  3.3 PCNN脉冲噪声检测器介绍  21-22
  3.4 中值滤波及快速中值滤波方法介绍  22-23
  3.5 对图像边界的处理  23-24
  3.6 本章小结  24-25
第4章脉冲噪声滤波器的硬件设计与调试  25-38
  4.1 滤波器系统的硬件框架  25-26
  4.2 硬件实现方案的各个模块设计  26-37
    4.2.1 控制和存储模块  26-29
    4.2.2 PCNN模块  29-31
    4.2.3 中值滤波模块  31-32
    4.2.4 图像保存和显示输出模块  32-37
  4.3 本章小结  37-38
第5章实验分析与结果讨论  38-57
  5.1 PCNN参数选择及说明  38
  5.2 FPGA实现性能分析  38-39
  5.3 实验详细分析  39-55
    5.3.1 不同密度的脉冲噪声检测和滤除对比实验  39-54
    5.3.2 图像数据的输入输出和显示器显示  54
    5.3.3 FPGA硬件实现和Matlab平台仿真结果的比较  54
    5.3.4 实验结果综合分析  54-55
  5.4 本章小结  55-57
第6章总结与展望  57-59
  6.1 总结  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-61
在学期间的研究成果  61-62
致谢  62

基于FPGA的PCNN图像噪声滤波器设计

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