FPGA设计——图像处理(中值滤波)

1. 概述

本设计采用FPGA技术，实现CMOS视频图像的中值滤波，并通过以太网传输(UDP方式)给PC实时显示。

2. 硬件系统框图

CMOS采用MT9V011(30万像素)，FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE IV，以太网卡采用REALTK公司的100M网卡芯片，硬件框图如下：

硬件平台采用ETree的FPGA开发板，如下图所示：

3. 算法原理

中值滤波需要对3×3矩阵窗里的像素进行排序，然后找到中间值替换原始像素。

中值滤波对消除椒盐噪声非常有效，在图像处理中常用于保护边缘信息。

4. 算法实现

实现中值滤波关键是实现3×3矩阵窗内的实时排序，这里可以使用全比较法，为窗内的每个像素定义一个计数器cntn(n=0,1,2,3,4,5,6,7)来记录比较结果，最后cntn为4的值便是中间值，将对应的像素替换成原始像素即可。

always @(*)
    if(cmos_vsync)
        cnt0 <= 0;
    else
        cnt0 <= (taps0x>taps0x) + (taps0x_r0>taps0x) + (taps0x_r1>taps0x) +
                  (taps1x>taps0x) + (taps1x_r0>taps0x) + (taps1x_r1>taps0x) +
                  (taps2x>taps0x) + (taps2x_r0>taps0x) + (taps2x_r1>taps0x);
... ...
always @(posedge cmos_pclk)
    if(cmos_vsync)
    begin
        cmos_href_o  <= 0;
        cmos_vsync_o <= 0;
        cmos_data_o  <= 0;
    end 
    else
    begin
        cmos_href_o  <= cmos_href_r1;
        cmos_vsync_o <= cmos_vsync;
        cmos_data_r0 <= (cnt0==4)?taps0x:
                             (cnt1==4)?taps0x_r0:
                             (cnt2==4)?taps0x_r1:
                             (cnt3==4)?taps1x:
                             (cnt4==4)?taps1x_r0:
                             (cnt5==4)?taps1x_r1:
                             (cnt6==4)?taps2x:
                             (cnt7==4)?taps2x_r0:
                             (cnt8==4)?taps2x_r1:8'h01;
        cmos_data_o <= cmos_data_r0;
    end

5. 最终效果

下图为原始图片效果。

中值滤波后的效果图如下，图像中的数字变骨感一些。