【正文】 圖像處理成為一門(mén)引人注目、前景遠(yuǎn)大的新型學(xué)科。 1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 裝置，獲得了人體各個(gè)部位鮮明清晰的斷層圖像。 1972 年英國(guó) EMI 公司工程師 Housfield 發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也就是我們通常所說(shuō)的 CT（ Computer Tomograph）。在以后的宇航空間技術(shù)，如對(duì)火星、土星等星球的探測(cè)研究中，數(shù)字圖像處理技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用。他 們對(duì)航天探測(cè)器徘徊者 7 號(hào)在 1964 年發(fā)回的幾千張?jiān)虑蛘掌褂昧藞D像處理技術(shù)，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進(jìn)行處理，并考慮了太陽(yáng)位置和月球環(huán)境的影響，由計(jì)算機(jī)成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。圖像處理中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等。數(shù)字圖像處理作為一門(mén)學(xué)科大約形成于 20 世紀(jì) 60 年代初期。 41 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒 論 題目背景 圖像處理是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過(guò)程。 37 處理結(jié)果及分析 36 系統(tǒng)的調(diào)試及功能仿真 34 中值選取模塊的調(diào)試 34 3 3 模板生成模塊的功能驗(yàn)證 34 功能模塊的仿真 32 第 6 章 功能模塊及系統(tǒng)的仿真和調(diào)試 20 第 5 章 系統(tǒng)建立及在 SOPC 中的模塊搭建 18 中值濾波模塊 18 中值濾波模塊的設(shè)計(jì) 16 第 4 章 中值模塊的 FPGA 實(shí)現(xiàn) 15 中值濾波與 LUM 濾波器的仿真 15 幾種算法的比較及選擇 14 LUM 濾波器 13 LUM 銳化器 13 LUM 平滑器 12 圖像小波域 濾波 12 標(biāo)準(zhǔn)中值 濾波 11 均值濾波 8 第 3 章 降噪方案介紹、比較及選擇 7 Quartus Ⅱ的介紹 6 SOPC 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程 5 第 2 章 SOPC 技術(shù)介紹 關(guān)鍵詞 ： 圖像處理；降噪技術(shù)；中值濾波； SOPC 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 III The Research and Hardware Design of Video Noise Reduction System Based on SOPC Abstract: Image recovery technology plays a key role in extracting useful information. The image noise reduction technology belongs to image recovery technology. Now, the technology of image noise reduction includes mean filter, Wiener filter, median filter, noise reduction algorithm based the wavelet and so on. Nowadays, noise reduction technology is looked upon as a key technology for realtime image processing system, and processed images with FPGA devices will solve the problem of realtime application. The SOPC technology based on FPGA, which has the advantage of flexibility and high speed, is favorable for realizing the entire system. In the design, the median filter is chose to process images. The key algorithm is achieved through the VHDL. The function modules such as PIO, JTAG UART and EPCS are intercalated in SOPC Builder, and then the system is generated. The design of the whole system is controlled by the CPU ponent, which is a soft IP core called Nios II and debugged bining software. The system is implemented in the EP2S30F484C3 FPGA chip and the system occupies only 39% of the FPGA resources. Through debugging the various modules and the system， it proves that the speed of system is relatively satisfactory. Key words： Image process, Technology of noise reduction, Middle filter, SOPC 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 IV 目 錄 第 1 章 緒論 該系統(tǒng)是基于StratixⅡ器件中的 EP2S30F484C3 芯片，占用了 39%的系統(tǒng)資源。在 SOPC Builder下添加 PIO、 JTAG UART、 EPCS 等組件，并生成系統(tǒng)?；?FPGA 的可編程片上系統(tǒng)（ SOPC）在設(shè)計(jì)上的靈活性和運(yùn)算高速性的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)?，F(xiàn)在的降噪技術(shù)有均值濾波、維納濾波、中值濾波、小波降噪法等。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目名稱： 基于 SOPC 的視頻降噪系統(tǒng)的研究與硬件設(shè)計(jì) 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 II 基于 SOPC 的視頻降噪系統(tǒng)的研究與硬件設(shè)計(jì) 摘要： 圖像的復(fù)原技術(shù)對(duì)于人們提取有用信息起到了關(guān)鍵作用。圖像降噪技術(shù)屬于圖像復(fù)原技術(shù)。 現(xiàn)在，降噪技術(shù)考慮的更多的是圖像處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，而用 FPGA 器件對(duì)圖像進(jìn)行處理，則解決了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。在設(shè)計(jì)時(shí)，選用 中值濾波算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，核心算法的實(shí)現(xiàn)則通過(guò) VHDL 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)系統(tǒng)是由一個(gè) CPU 進(jìn)行控制的，這個(gè) IP 軟核是從 NiosⅡ中調(diào)用的，并結(jié)合軟件進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊及系統(tǒng)的調(diào)試，可以證明系統(tǒng)處理的速度是比較理想的。 1 題目背景 1 圖象處理的應(yīng)用展望 3 課題的目的及意義 4 論文的主要內(nèi)容 6 SOPC 技術(shù)簡(jiǎn) 介及實(shí)現(xiàn)方式 6 SOPC 技術(shù)簡(jiǎn)介 6 SOPC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方式 7 硬件語(yǔ)言的介紹 11 維納濾波 13 基于圖像銳化和平滑的 濾波技術(shù) 18 3 3 模板生成模塊 23 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 V 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 23 組件的選擇 23 片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 30 頂層文件的建立 34 深度為 254 的 FIFO 的調(diào)試 38 結(jié)論 39 致謝 40 參考文獻(xiàn) 圖像處理最早出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時(shí)的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理圖形和圖像信息。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對(duì)象，以改善人的視覺(jué)效果為目的。首次獲得實(shí)際成功應(yīng)用的是美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（ JPL）。隨后又對(duì)探測(cè)飛船發(fā)回的近十萬(wàn)張照片進(jìn)行更為復(fù)雜的圖像處理，獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類登月創(chuàng)舉奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也推動(dòng)了數(shù)字圖像處理這門(mén)學(xué)科的誕生。 數(shù)字圖像處理取得的另一個(gè)巨 大成就是在醫(yī)學(xué)上獲得的成果。 CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理來(lái)重建截面圖像，稱為圖像重建。 1979 年，這項(xiàng)無(wú)損傷診斷技術(shù)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，說(shuō)明它對(duì)人類 做 出了劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。 隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，從 70 年代中期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。很多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是一個(gè)比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類本身對(duì)自己的視覺(jué)過(guò)程還了解甚少，因此計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一個(gè)有待人們進(jìn)一步探索的新領(lǐng)域。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效 的處理。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。 (3) 圖像增強(qiáng)和復(fù)原 圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯；如強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲 影響。 (4) 圖像分割 圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但還沒(méi)有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。 (5) 圖像描述 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 圖像描述是圖像識(shí)別 和理解的必要前提。對(duì)于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。 (6) 圖像分類（識(shí)別） 圖像分類（識(shí)別）屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過(guò)某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。 圖像處理的應(yīng)用展望 圖像是人類獲取和交換信息的主要來(lái)源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。數(shù)字圖像處理技術(shù)未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下七個(gè)方面： （ 1）航天航空技術(shù)方面 數(shù)字圖像處理技術(shù)在航天航空技術(shù)方面的應(yīng)用，除 JPL對(duì)月球、火星照片的處理之外，另一方面是在飛機(jī)遙感和衛(wèi)星遙感技術(shù)中。這些圖像無(wú)論是在成像、存儲(chǔ)、傳輸過(guò)程中，還是在判讀分析中，都必須采用很多數(shù)字圖像處理方法。在氣象預(yù)報(bào)和對(duì)太空其它星球研究方面，數(shù)字圖像處理技術(shù)也發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。除了 CT 技術(shù)之外，還有一類是對(duì)醫(yī)用顯微技術(shù)的處理分析，如染色體分析、癌細(xì)胞識(shí)別等。 （ 3）通信工程方面當(dāng)面通信的主要發(fā)展方向是聲音、文字、圖像和數(shù)據(jù)結(jié)合的流媒體通信。要將這樣高速率的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送出去，必須采用編碼技術(shù)來(lái)壓縮信息的比特量。 （ 4）工業(yè)工程方面在工業(yè)工程領(lǐng)域中圖像處理技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，它大大提高了工作效率，如自動(dòng)裝配線中質(zhì)量檢 測(cè)，流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀，在一些惡性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)，先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中采用工業(yè)視覺(jué)等等。 （ 5）軍事公安方面在軍事方