基于FPGA的灰度形態(tài)學(xué)濾波器實(shí)現

　　3 仿真設計及注意事項

　　本設計在ModelSim SE 5.6e軟件平臺下仿真。輸入圖像大小為256×256,仿真需要的數據量相當大,而且還要求各輸入數據的時(shí)序一致,仿真測試文件中數據輸入采用讀文件的方法無(wú)法保證數據輸入的時(shí)序同步。同樣,濾波輸出的數據量也非常大,直接看波形顯然行不通。因此本設計先在C++ Builder環(huán)境下將圖像文件中的灰度數據轉換為測試向量,然后拷貝到仿真測試文件中。雖然測試文件相當大,但可以保證圖像灰度值同步輸入。對于仿真結果輸出,采用寫(xiě)文件的方法,將形態(tài)學(xué)濾波的輸出寫(xiě)入到文件中。通過(guò)計算機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)數據輸出的時(shí)間也要保存到仿真結果文件中。

　　設計時(shí)要注意以下問(wèn)題:

　　(1)濾波器要求嚴格的時(shí)序關(guān)系,宜采用同步設計。

　　(2)實(shí)際使用時(shí)圖像是連續輸入的,需要用場(chǎng)信號將濾波器復位。

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

　　(4)對于256×256的輸入圖像和3×3的結構元,理論上的有效結果圖像大小是254×254。在實(shí)際使用中,對于不同大小的結構元,濾波結果輸出會(huì )滯后幾個(gè)行周期,在圖像輸入完以后,象素時(shí)鐘信號也會(huì )撤銷(xiāo),而此時(shí)形態(tài)學(xué)濾波還沒(méi)有結束,所以輸出的圖像大小比理論值還要小。不過(guò)沒(méi)有輸出的濾波結果數據絕大部分都是無(wú)效數據,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)有效數據,可以在一幀圖像輸入結束之后再人為地加入幾個(gè)時(shí)鐘脈沖。

　　(5)為了方便下一級處理單元接收濾波數據,輸出圖像的大小也應設為256×256,相應的地址生成器也應設為256×256,同時(shí)需要將無(wú)效數據設置為某個(gè)定值。

　　4 結束語(yǔ)

　　根據實(shí)際應用要求,本文設計了3×3結構元素的形態(tài)學(xué)開(kāi)操作濾波器,將其簡(jiǎn)化后設計了相應的硬件原理框圖,并在XC2S400E上實(shí)現。該設計已經(jīng)成功地應用到實(shí)際中。在本文設計的開(kāi)操作濾波器基礎上,通過(guò)簡(jiǎn)單地改變結構元素或改變?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,可以方便地對電路進(jìn)行改進(jìn),以進(jìn)一步提高電路的性能。

　　參考文獻

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