基于Stratix II EP2S60的改進(jìn)中值濾波器設計

眾所周知，在復雜背景條件下，要對弱小目標進(jìn)行準確有效地紅外跟蹤、探測是一個(gè)難題。這種情況下，由于目標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)行濾波預處理，以達到抑制背景噪聲。增加目標強度，從而提高圖像信噪比的目的，為后續工作打下良好的基礎。

實(shí)時(shí)圖像處理器中，信號預處理包括對圖像的各種濾波、直方圖統計及均衡、圖像增強、灰度變換等，它們共同的特點(diǎn)是處理數據量大，如果用一般的軟件來(lái)實(shí)現勢必會(huì )比較慢。而對于一些實(shí)時(shí)性要求比較高的系統，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(shí)性也無(wú)從談起。針對圖像預處理階段運算結構比較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，用FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現無(wú)疑是理想的選擇，這樣同時(shí)兼顧了速度和靈活性，大大減輕了DSP的負擔。

本系統采用Verilog HDL語(yǔ)言。利用一種快速的中值濾波改進(jìn)算法對電路進(jìn)行設計，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(xiàn)性信號處理技術(shù)，早期用于一維信號處理，后來(lái)很快被用到二維數字圖像平滑中，是一種有效抑制圖像噪聲，提高圖像信噪比的非線(xiàn)性濾波技術(shù)。它是一種鄰域運算，類(lèi)似于卷積，但計算的不是加權求和，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(xiàn)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(shí)，還能夠保護目標圖像邊緣輪廓的細?。用公湿勴示为?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)現過(guò)程一般為：

(1)選擇一個(gè)(2n+1)