摘 要

众所周知，图像的直观表现能使人们对事物有清晰地判断能力，以至于人们可以一目了然的认清事物，解决问题，而这认知基础的前提是保证图像的清晰。当图像受到一些外界因素造成污染，甚至损坏，造成图像本身所传达的信息模糊甚至流失的时候，就需要对图像进行处理。

经研究发现传统线性滤波法对图像处理存在着固有的缺陷，本文就考虑对一类非线性滤波器——中值滤波器进行设计研究，使其能较好的去除离散脉冲噪声，实现数字图像处理，弥补线性滤波的固有缺陷。

论文针对中值滤波器的图像滤噪功能，通过对中值地获取算法进行研究，以及对3×3滤波窗口的分析，采用QuartusII软件进行编程，实现中值滤波的设计。并通过Modelsim对设计有效性进行时序仿真验证，结果显示设计的中值滤波算法满足图像除燥功能。设计最后，通过MATLAB对实际图像进行处理，使设计的中值滤波算法得到直观的体现。

关键词：图像处理； 滤噪；中值滤波；算法

Abstract

It is well known visual representation of the image enables people to have a clear ability to judge things that people can understand at a glance things, solve problems, and this perception is based on the premise to ensure a clear image. When the image by a number of external factors causing pollution, or even damage, caused by the information conveyed by the image itself blurred even loss of time, we need to image processing.

The study found that the traditional linear filtering method for image processing there is an inherent flaw, the paper considered for a class of nonlinear filters - median filter design studies, it can be better to remove the discrete impulse noise, digital image treatment, to make up for deficiencies inherent linear filtering.

Aiming median filter image noise filter in function, Though acquiring the value of the algorithm to carry out research and analysis of the 3 × 3 filtering window using QuartusII software programming, median filter design. And the effectiveness of the design by Modelsim timing simulation results show that the design meets the image median filtering algorithm in addition to dry function. Design Finally, MATLAB for processing of the actual image, so median filtering algorithm designed to give visual expression.

Keywords: Image processing; Noising; Median filtering; Algorithm

目 录

第1章 绪论 1

1.1设计背景 1

1.2本文主要研究内容 1

1.3设计方法及意义 2

1.3.1设计方法 2

1.3.2设计目的及意义 2

1.4国内外研究概况 3

第2章 图像处理的基本理论 4

2.1数字图像处理的发展 4

2.2 图像与数字图像的区别 4

2.3数字图像的矩阵表示 4

2.4数字图像处理中的噪声模型 5

第3章 中值滤波器概况 6

3.1 中值滤波 6

3.2 中值滤波特点 6

3.2.1除噪功能 6

3.2.2 信号的不变原理 6

3.2.3频谱不变性 7

第4章 中值滤波器算法设计 8

4.1常见中值滤波器算法 8

4.2本设计算法构思 8

第5章 中值滤波器的硬件设计 10

5.1FPGA简介 10

5.2 VHDL简介 10

5.3 3×3模块功能和设计方法 11

5.3.1 3×3模板说明 12

5.3.2 行列计数模块说明 13

5.4 中值算法的硬件表现 14

5.4.1 中值程序设计和仿真 15

5.5基于VHDL的中值滤波器设计实现 15

第6章 中值滤波算法有效性验证 18

6.1 MATLAB介绍 18

6.2 MATLAB对图像处理的理论支撑 18

6.3 处理后的图像对比 19

第7章 总结 21

参考文献 22

附录A 23

附录B 25

附录C 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1设计背景

随着市场进几十年的发展，中值滤波器得到市场的认可，这种滤波器对图像处理有着极大的优势而得到市场和人们的强力推崇，它的功能在于能够抑制随机噪声而让边缘保持清晰，不至于变得模糊。这类中值滤波器对于图像的处理好处就在于能很好的解决图像噪声的问题，不管是孤立噪声，还是对于密集噪声，以及略微大一点的噪声都有着明显的消除效果。针对这一优点，这类中值滤波器成为大家广泛关注和研究的方向，很多专业人士正朝着非线性滤波的方向不断完善此类中值滤波器的研究工作。

此类中值滤波器的研究在于算法和硬件的通透解析。正因为VHDL语言是EDA设计中常见的一种IEEE标准语言，其优点在于覆盖面广，描述能力强，可读性好，支持大规模设计及逻辑单元的利用。所以提出采用VHDL语言程序来编写。分析其硬件架构的思考，提出了基于FPGA的中值滤波算法机其设计方案。由于可编程门阵列FPGA拥有并行结构以及适合流水线生产的特点，两者结合，采用VHDL语言进行电路设计便可设计出可以滤除脉冲噪声，能有效地改善图像的质量，提高系统性能，满足系统实时性要求的中值滤波器。本次设计针对的是图像处理方面的工作，图像的处理包括很多，有各种滤波，直方图统计及均衡，图像增强，灰度变换等。由此可以看出，这样对一个图像处理会有很大的信息储存量，而数据的巨大量就导致采用一般软件来对图像处理会造成困扰，轻则速度慢卡顿，坏则导致软件崩溃，在这快节奏的社会竞争之下，慢速的处理时钟是人们所不能接受的，对图像的处理的实时性就很难有所保障了。所以就要求能有较大数据处理，系统集成较高的设计来实现此类图像处理。既能有良好的图像处理功能，还能有较快的处理速度，甚至图像预处理阶段运算结构要求简单，用VHDL语言进行程序编译无疑是理想的选择。

1.2本文主要研究内容

对于学习中常见的滤波器，人们了解到的功能就在于对信号中掺杂的其他波段进行滤波，而本文所研究的是一种非线性的中值滤波器，它的功能在于能处理数据信号，这时想到将图像信息转换成相应的数据类型通过所设计的滤波器，输出数据再重组后分析图像前后的对比，继而实现数字图像处理中值滤波器的设计。

本文第1章通过对设计背景及国内外现状的分析，整理出本次设计方法框架，通过需要达到的目的体现出本次设计的意义所在，使本次设计有理可寻，满足了科学研究的严谨态度。