基于Stratix II EP2S60的改進(jìn)中值濾波器設(shè)計

眾所周知，在復(fù)雜背景條件下，要對弱小目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確有效地紅外跟蹤、探測是一個難題。這種情況下，由于目標(biāo)與背景的對比度較小、信噪比較低，若直接進(jìn)行跟蹤、探測往往比較困難，所以必須先對圖像信號進(jìn)行濾波預(yù)處理，以達(dá)到抑制背景噪聲。增加目標(biāo)強(qiáng)度，從而提高圖像信噪比的目的，為后續(xù)工作打下良好的基礎(chǔ)。

實(shí)時圖像處理器中，信號預(yù)處理包括對圖像的各種濾波、直方圖統(tǒng)計及均衡、圖像增強(qiáng)、灰度變換等，它們共同的特點(diǎn)是處理數(shù)據(jù)量大，如果用一般的軟件來實(shí)現(xiàn)勢必會比較慢。而對于一些實(shí)時性要求比較高的系統(tǒng)，處理速度往往是要考慮的關(guān)鍵因素，一旦速度跟不上，實(shí)時性也無從談起。針對圖像預(yù)處理階段運(yùn)算結(jié)構(gòu)比較簡單的特點(diǎn)，用FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)無疑是理想的選擇，這樣同時兼顧了速度和靈活性，大大減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。

本系統(tǒng)采用Verilog HDL語言。利用一種快速的中值濾波改進(jìn)算法對電路進(jìn)行設(shè)計，并以Altera公司生產(chǎn)的Stratix II EP2S60F67214型FPGA芯片為硬件平臺。該器件繼承了Altera公司Stratix II系列的共同優(yōu)點(diǎn)，由于引入了嶄新的自適應(yīng)邏輯模塊(ALM

2 中值濾波的基本原理及改進(jìn)算法

2．1中值濾波的基本原理

中值濾波是由Tukey發(fā)明的一種非線性信號處理技術(shù)，早期用于一維信號處理，后來很快被用到二維數(shù)字圖像平滑中，是一種有效抑制圖像噪聲，提高圖像信噪比的非線性濾波技術(shù)。它是一種鄰域運(yùn)算，類似于卷積，但計算的不是加權(quán)求和，而是把鄰域中的像素按灰度級進(jìn)行排序，然后選擇該組的中間值作為輸出像素值。與均值濾波器以及其他線性濾波器相比，中值濾波器的突出特點(diǎn)是在很好地濾除脈沖噪聲(Impulsive Noise)和椒鹽噪聲(Salt and Pepper Noise)的同時，還能夠保護(hù)目標(biāo)圖像邊緣輪廓的細(xì)凇Ｓ霉獎硎疚?br>
g(x，y)=median{f(x-i,y-i)}，(i,j)∈S (1)

式中g(shù)(x，y)，f(x,y)為像素灰度值，S為模板窗口。

而中值濾波的具體實(shí)現(xiàn)過程一般為：

(1)選擇一個(2n+1)