基于FPGA的灰度形態(tài)學(xué)濾波器實(shí)現(xiàn)

　　3 仿真設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

　　本設(shè)計(jì)在ModelSim SE 5.6e軟件平臺(tái)下仿真。輸入圖像大小為256×256,仿真需要的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大,而且還要求各輸入數(shù)據(jù)的時(shí)序一致,仿真測(cè)試文件中數(shù)據(jù)輸入采用讀文件的方法無法保證數(shù)據(jù)輸入的時(shí)序同步。同樣,濾波輸出的數(shù)據(jù)量也非常大,直接看波形顯然行不通。因此本設(shè)計(jì)先在C++ Builder環(huán)境下將圖像文件中的灰度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測(cè)試向量,然后拷貝到仿真測(cè)試文件中。雖然測(cè)試文件相當(dāng)大,但可以保證圖像灰度值同步輸入。對(duì)于仿真結(jié)果輸出,采用寫文件的方法,將形態(tài)學(xué)濾波的輸出寫入到文件中。通過計(jì)算機(jī)比較仿真輸出文件和同一幅圖像在C++ Builder環(huán)境下生成的濾波結(jié)果文件是否有差異,即可判斷功能仿真的正確性。時(shí)序仿真時(shí)數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間也要保存到仿真結(jié)果文件中。

　　設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問題:

　　(1)濾波器要求嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系,宜采用同步設(shè)計(jì)。

　　(2)實(shí)際使用時(shí)圖像是連續(xù)輸入的,需要用場(chǎng)信號(hào)將濾波器復(fù)位。

　　(3)行延遲FIFO宜采用XC2S400E片內(nèi)的Block RAM生成。

　　(4)對(duì)于256×256的輸入圖像和3×3的結(jié)構(gòu)元,理論上的有效結(jié)果圖像大小是254×254。在實(shí)際使用中,對(duì)于不同大小的結(jié)構(gòu)元,濾波結(jié)果輸出會(huì)滯后幾個(gè)行周期,在圖像輸入完以后,象素時(shí)鐘信號(hào)也會(huì)撤銷,而此時(shí)形態(tài)學(xué)濾波還沒有結(jié)束,所以輸出的圖像大小比理論值還要小。不過沒有輸出的濾波結(jié)果數(shù)據(jù)絕大部分都是無效數(shù)據(jù),只有幾個(gè)象素是有效的。如果需要得到未能輸出的幾個(gè)有效數(shù)據(jù),可以在一幀圖像輸入結(jié)束之后再人為地加入幾個(gè)時(shí)鐘脈沖。

　　(5)為了方便下一級(jí)處理單元接收濾波數(shù)據(jù),輸出圖像的大小也應(yīng)設(shè)為256×256,相應(yīng)的地址生成器也應(yīng)設(shè)為256×256,同時(shí)需要將無效數(shù)據(jù)設(shè)置為某個(gè)定值。

　　4 結(jié)束語

　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求,本文設(shè)計(jì)了3×3結(jié)構(gòu)元素的形態(tài)學(xué)開操作濾波器,將其簡化后設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件原理框圖,并在XC2S400E上實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)已經(jīng)成功地應(yīng)用到實(shí)際中。在本文設(shè)計(jì)的開操作濾波器基礎(chǔ)上,通過簡單地改變結(jié)構(gòu)元素或改變?yōu)V波子模塊次序,即可得到其他性能的形態(tài)學(xué)濾波器。同時(shí)FPGA器件的可編程特性,可以方便地對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn),以進(jìn)一步提高電路的性能。

　　參考文獻(xiàn)

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