[发明专利]基于FPGA的引导滤波加权聚合方法及系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的引导滤波加权聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：采用引导滤波降噪对图像处理，获取像素点的邻域块的线性回归系数；

步骤S2：根据线性回归系数对像素点不同的邻域分别配置权重，对新的权重进行加权聚合，生成降噪后的图像。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合方法，其特征在于：所述步骤S1的线性回归系数包括：

其中，σ²_i为系数窗口的方差，n²为系数窗口的个数，ε为平滑因子，为系数窗口内平均值。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合方法，其特征在于：所述步骤S2中，根据像素点在邻域内计算产生的误差大小分配权重系数，且误差范围越大，权重系数越小。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合方法，其特征在于：所述误差为该邻域利用引导滤波降噪处理后输出的值与原始真值的差值，采用均方误差e_i修正邻域的权重；

降噪后的图像I′表示为：

权重系数γ_i＝exp(-e_i·/μ)，μ0标量系数，引导图像G为输入图像I，对均方误差公式化简得到：

e_i＝(1-a_i)²σ²_i＝a_iε(1-a_i)

其中，σ²_i为输入图像在i邻域的方差，I为输入图像，ε为正则化参数，μ为标量参数。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合方法，其特征在于：将每个邻域的线性系数a_i和b_i按照新的权重系数进行乘积，得到重分配后的线性系数g_a和g_b，按照新分配的系数进行像素灰度的乘积加权，得到最终输出结果。

6.一种基于FPGA的引导滤波加权聚合系统，其特征在于：包括以下模块：

定点化处理模块：将exp指数幂计算权重的过程转换为适合FPGA硬件处理器上处理的查表、整数类型的运算过程；

盒式滤波处理模块：在一个领域空间内对数据进行统计求和，计算均值；

Pipeline加速计算模块：并行处理计算任务；

延时优化模块：针对系统的耗时进行分析优化，减小数据处理延时。

7.根据权利要求6所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合系统，其特征在于：所述定点化处理模块对线性回归系数a_i，均方误差e_i以及权重系数γ_i进行放大、归一化以及转化处理，固定正则化参数ε_f和标量参数μ_f，将a_f代入定点化计算模块中，计算转换为查表后在进行2的幂次方和乘法运算，得到权重系数的计算结果γ_f。

8.根据权利要求6所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合系统，其特征在于：所述盒式滤波处理模块按照行列数据流方式接收图像数据进入box框内，且当一个数据进入到box框内，则输出一项计算结果。

9.根据权利要求6所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合系统，其特征在于：所述pipeline加速计算模块同步执行各计算步骤，在第一个计算过程数据计算完成后结果传入第二个计算过程进行计算，同时第一个计算过程接收下一个数据的输入计算。

10.根据权利要求9所述的基于FPGA的引导滤波加权聚合系统，其特征在于：将图像数据分成行数据和列数据，依次流入pipeline加速计算模块中，所述pipeline加速计算模块包括多个计算结构，图像数据依次进入不同计算结构中，每个计算结构同步进行计算。