【正文】 遙感進(jìn)行的全球環(huán)境氣候監(jiān)測，小到指紋識別技術(shù)在安全領(lǐng)域的應(yīng)用，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)融入到科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。盡管人眼的鑒別力很高，可以識別上干種顏色，但在許多情況下，圖像對于人眼來說是模糊的甚至是不可見的，而通過圖像處理技術(shù)，可使模糊甚至不可見的圖像變得清晰可見。然而，通過數(shù)字圖像處理技術(shù)卻可以利用紅外、微波等波段的信息進(jìn)行數(shù)字成像，將不可見的信息變?yōu)榭梢娦畔ⅰ?圖像。Castleman博士在其著作《數(shù)字圖像處理》中，將圖像定義為“在一般的意義下，一幅圖像是一個事物的另一個表示”，是其所表示物體的信息的一個濃縮或是概括。一般認(rèn)為，圖片是圖像的一種類型，圖片強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)實世界中的可見物體。Castle man引入集合論對圖像進(jìn)行了分類： 1)可見圖像，即可以由人眼看見的圖像的子集，這也是大多數(shù)人所理解的圖像，這一類圖像通常由照相、手工繪制等傳統(tǒng)方法得到，一般不能直接被計算機(jī)處理，但經(jīng)過數(shù)字化處理后可變?yōu)閿?shù)字圖像。從物理和數(shù)學(xué)的角度看，一幅圖像記錄的是物體輻射能量的空間分布，這個分布是空間坐標(biāo)、時間和波長的函數(shù)，即I=f(x,y,z,a,t ).在本文中只討論的一幅圖像是指平面的單色靜止的方形圖像的情況，因此空間坐標(biāo)變量、波長兄和時間變量t可以從函數(shù)中去除，這樣一幅圖像可以用下面的二維函數(shù)表示，即I = f (x,y)。 在數(shù)字圖象處理中，我們可以對圖象進(jìn)行不同的處理來實現(xiàn)自己的要求，其可以分為：空間域圖像增強(qiáng)、頻域圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、彩色圖像處理、小波變換和多分辨率處理、圖像壓縮、形態(tài)學(xué)圖像處理、圖像分割、目標(biāo)識別等?；叶葓D像矩陣元素的取值范圍通常為[0，255]，因此其數(shù)據(jù)類型一般為8位無符號整數(shù)(uint8)，這就是人們經(jīng)常提到的256灰度圖像。本文中也只采用高斯噪聲和椒鹽噪聲給圖像做加噪處理。當(dāng)z服從式(21)的分布時，其值有70%落在[(δ181。)]范圍內(nèi)[8]。由于這個原因，雙極脈沖噪聲也稱為椒鹽噪聲。3 中值濾波的基本理論 中值濾波是一種能有效抑制圖像噪聲而提高信噪比的非線性濾波技術(shù)。中間位置的圖像數(shù)據(jù)的表達(dá)式為f(x,y)=med{f(x177。設(shè)有一個一維序列f1,f2,…,fi…。對于一個有限長序列fi,f2,…,fi,…fn,，若濾波窗口長度為L=2k+1，為了使輸出信號長度與輸入信號長度同樣長，在濾彼前要在輸入信號兩邊分別擴(kuò)展k個信號[10]，擴(kuò)展的方法一般有兩種：(1)每邊擴(kuò)展的k個信號值都與各自兩端的信號值相同，如式(32)所示，對于上面的序列和濾波窗口，其擴(kuò)展后的序列為{0，0，0，1，3，0，5，5，5}。 　　　　　　　　 　圖3 .1 一 維 序 列 中 值 濾 波 示 例設(shè)有一個二維圖像{人，}，二維中值濾波的結(jié)果為： （34）式(34)中，A是濾波窗口。由大量實驗可得，對于零均值正態(tài)分布的噪聲輸入，中值濾波輸出與輸入噪聲的分布密度有關(guān)，輸出噪聲方差與輸入噪聲密度函數(shù)的平方成反比。(3) 中值濾波的頻譜特性：由于中值濾波是非線性運(yùn)算，在輸入與輸出之間的頻率上不存在一一對應(yīng)的關(guān)系，故不能用一般線性濾波器頻率特性分析方法[13]。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號處理工具包。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。（2）簡單易用的程序語言Matlab一個高級的距陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++ 。（4）出色的圖形處理功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和距陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。MATLAB的一個重要特色就是他有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。（2）符號計算功能。這不僅使數(shù)據(jù)間的關(guān)系清晰明了，而且對于揭示其內(nèi)在本質(zhì)有著非常重要的作用。MATLAB Notebook成功地將Microsoft Word與MATLAB集成為一個整體，為文字處理、科學(xué)計算、工程設(shè)計營造了一個完美統(tǒng)一的工作環(huán)境。下面就MATLAB在圖像處理中各方面的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹。MATLAB提供了圖像的和、差等線性運(yùn)算，以及卷積、相關(guān)、濾波等非線性運(yùn)算。（4）圖像的分析和增強(qiáng)。5中值濾波器的MATLAB實現(xiàn) 系統(tǒng)原理在MATLAB的環(huán)境下生成一個M文件，并在 M文件下寫入新的函數(shù)體，通過編程將軟件程序?qū)懭朐摵瘮?shù)體下，并生成新的中值濾波模塊，然后通過該模塊對有不同噪聲的圖像進(jìn)行濾波，最后借助MATLAB本身的強(qiáng)大功能對該圖像進(jìn)行中值濾波和維納濾波，然后進(jìn)行比較。對整個圖像進(jìn)行中值濾波的最好方法是不傳遞任何參數(shù)。 對選取的原圖加上高斯噪聲，然后分別用MATLAB本身的維納濾波和中值濾波對圖像進(jìn)行濾波,然后用設(shè)計的中值濾波函數(shù)(圖上用濾波表示)對圖像進(jìn)行了濾波，通過GUI界面進(jìn)行了顯示，,，然后加以比較。上文提出的中值濾波器還有不足之處，有待進(jìn)一步研究。傳統(tǒng)的多級中值濾波器(MLM)具有良好的濾噪能力，可是細(xì)節(jié)保護(hù)能力比較差。 設(shè)a(.，.)為二維離散圖像信號，對于一個中心位于(n1,n2 )的（2N+1)x（2N+1)的方形濾波窗口[20]，常用的一種基本子窗口定義為： （61） 除了以上的定義，基本子窗口還可以取其他形式，但是任意形式的基本子窗口都可以直接應(yīng)用于多級中值濾波器(MLM) 。則多級中值濾波器的輸出Y(i,j)定義為： (64) 提出的關(guān)于中值濾波的遞歸算法結(jié)構(gòu)提出的遞歸算法結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：相對于傳統(tǒng)多級中值濾波器對圖像細(xì)節(jié)保護(hù)能力的不足，該算法能很好的保護(hù)原來圖像信號的小細(xì)節(jié)和紋理結(jié)構(gòu)，而且該算法有結(jié)構(gòu)簡單，遞歸時迭代速度快的特點(diǎn)。d. 取初次中值濾波值，b步驟的濾波值和c步驟的濾波值的中值作為第二次濾波值。 該濾波器的基本思路是：先采用多級中值濾波器(MLM)進(jìn)行初次濾波，提出的遞歸算法結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波，得到最終的濾波輸出[22]。7中值濾波器的硬件平臺實現(xiàn) 通過對數(shù)字圖像中值濾波器的研究，發(fā)現(xiàn)在軟件的平臺對數(shù)字圖像處理還存在不足，由于用軟件實現(xiàn)速度比較慢，這樣就滿足不了一些實時性要求比較高的系統(tǒng)，通過分析發(fā)現(xiàn)基于硬件去對圖像進(jìn)行處理，可以采用流水線的方式，更能提高系統(tǒng)實時性，使效果更好，在此提出一種基于FPGA的數(shù)字圖像中值濾波器的方案。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖什么是輸入法，或是硬件描述語言自由設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)[22]。PLD的這些優(yōu)點(diǎn)使得PLD技術(shù)在90年代以后得到飛速的發(fā)展，同時也大大推動了電子設(shè)計自動化EDA（Electronic Design Automatic）軟件和硬件描述語言VHDL(VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description)的進(jìn)步。33 ：r5r4FIFO1r3r2r11111r7r6FIFO2數(shù)據(jù)輸入W31 W32 W33W21 W22 W23W11 W12 W13 33 模板生成模塊圖72中：r 代表移位寄存器； FIFO代表先進(jìn)先出存儲器。通過該模塊可以確定一幅圖像是否到達(dá)邊緣，或者傳輸完畢?；谟布呐判蛩惴ㄔO(shè)計可以充分地利用硬件平臺的并行性特點(diǎn)，從而達(dá)到加快處理速度目的。L1min = min{W1y} 　L1med = med{W1y} 　L1max = max{W1y}L2min = min{W2y} 　L2med = med{W2y} 　L2max = max{W2y}L3min = min{W3y} 　L3med = med{W3y} 　L3max = max{W3y} 第二步： 重新分組，將每組中的最大值，共3個值，選出組成大值組V1 ，類似地組成中值組V2和小值組V3，再次分別排序。 證明如下： 這三個值在由這九個數(shù)值組成的矩陣中的位置如下：V1min 　V1med 　V1maxV2min 　V2med 　V2maxV3min 　V3med 　V3max 假設(shè)max{ V1min ， V2med ，V3max } 是這九個數(shù)值中的中間值Smed 那么Smed 是矩陣中包括主對角線在內(nèi)的左下角六個值中最大的，在九點(diǎn)由小到大的排序中至少處于第六的位置，所以不可能是中間值。另外, 算法不是對9點(diǎn)數(shù)據(jù)的完整排序,而是采用分組比較的辦法找到中值,簡化了排序的過程,從而提高了效率。Virtex2E系列FPGA主要包括可編程邏輯塊(CLB) ，用于實現(xiàn)用戶的邏輯功能；輸入輸出塊(IOBs) ，用于提供封裝引腳和內(nèi)部信號的接口，完成不同電氣特性的輸入輸出要求；豐富的布線資源用于可編程邏輯塊和輸入輸出塊之間的連接；大量的片上RAM 資源,包括分布式的Select RAM和塊狀的Block RAM ，可以配置成為雙口RAM 、FIFO 等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 FPGA靈活的結(jié)構(gòu)和豐富的資源為完成算法的提供了保障。查找表的結(jié)構(gòu)決定了組合邏輯的實現(xiàn)只與輸入信號的數(shù)量有關(guān)而與邏輯的復(fù)雜程度無關(guān)，而且輸入信號的數(shù)量可以通過進(jìn)位邏輯加以擴(kuò)展。片上的Block RAM可以實現(xiàn)FIFO來存儲整行的圖像數(shù)據(jù)，將視頻數(shù)據(jù)流并行化來實現(xiàn)二維圖像處理。程序采用VHDL語言編寫，自上而下模塊化設(shè)計，增加了程序的可讀性和可維護(hù)性并易于綜合器綜合。存放的數(shù)據(jù)隨著圖像數(shù)據(jù)實時更新。這樣圖像的33窗口數(shù)據(jù)就可以存入模板寄存器組中來進(jìn)行求中間值的運(yùn)算了。只要求得V1組的最大值V1max ；V2 組的中間值V2med和V3組的最小值V3min 。 VHDL的英文全名是VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于1982年。1993年，IEEE對VHDL進(jìn)行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴(kuò)展VHDL的內(nèi)容，公布了新版本的VHDL，即IEEE標(biāo)準(zhǔn)的10761993版本，（簡稱93版）。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計算機(jī)高級語言。應(yīng)用VHDL進(jìn)行工程設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。 （3）VHDL語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計的分解和已有設(shè)計的再利用功能。 8總結(jié)本文主要對目前在數(shù)字圖像處理中受到極大重視和廣泛應(yīng)用的中值濾波器進(jìn)行了的研究工作。 致謝 在論文完成之際，正是他們的教導(dǎo)和幫助我才有機(jī)會撰寫此文。我還要特別感謝我的班主任方海濱老師，他給予我無私的幫助，正是在他的鼓勵和幫助下，我才得以順利完成論文。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 日期： 年 日學(xué)位論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書本論文（設(shè)計）作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱。（請在以上方框內(nèi)打“√”） 比如：nX1和nY1會被置為0；// nX2和nY2會被置為圖像的寬和高。//////////////////////////////////////////////////////////////////////////BOOL CAreaPro::MedianFilter(int nType, int nTempW, int nTempH, int nTempXc, int nTempYc, int nX1, int nY1, int nX2, int nY2){ //圖像指針為空，無法操作返回 if(m_pDibObject == NULL) return(FALSE)。nX1, amp。 //獲取圖像寬度和高度（以像素為單位） int nWidth = m_pD