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[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_图像入门连载-9FPGA 实现图像均值滤波处理

文档创建者：FPGA课程
浏览次数：80
最后更新：2024-10-18
文档课程分类-AMD-ZYNQ
AMD-ZYNQ: ZYNQ-FPGA部分 » 2_FPGA实验篇(仅旗舰) » 8-FPGA图像入门
本帖最后由 FPGA课程 于 2024-10-18 17:31 编辑

​软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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1 图像均值滤波算法简介
均值滤波也称为线性滤波，其采用的主要方法为邻域平均法。线性滤波的基本原理是用均值代替原图像中的各 个像素值，即对待处理的当前像素点（x ，y），选择一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有像 素的均值，再把该均值赋予当前像素点（x ，y），作为处理后图像在该点上的灰度 g（x ，y），即
g(x, y) = Σ f (x, y) / m
m 为该模板中包含当前像素在内的像素总个数。图像处理的模板在上一讲介绍过，3x3 或 5x5 的模板都可以用 于均值滤波。
2 设计分析
2.1Matlab代码分析
源代码如下：
  1. 源代码如下：

  3. clear;clear all;clc;

  5. image_in = imread('lena_1280x720.jpg'); % [row,col,n] = size(image_in);

  7. image_gray    = rgb2gray(image_in);
  8. image_gray             = im2double(image_gray); %变为双精度类型
  9. average_image       = zeros(row,col);
  10. for i = 2:1:row-1
  11. for j = 2:1:col-1
  12. average_image(i,j) = (...
  13. image_gray(i-1,j-1)+image_gray(i-1,j)+image_gray(i-1,j+1)+...   image_gray(i,j-1)    +image_gray(i,j)    +image_gray(i,j+1)    +...
  14. image_gray(i+1,j-1)+image_gray(i+1,j)+image_gray(i+1,j+1))/9;%取中值 end
  15. end

  17. image_gray1   = imnoise  加入椒盐噪声
  18. image_gray1           = im2double  变为双精度
  19. average_image1     = zeros(row,col);
  20. for i = 2:1:row-1
  21. for j = 2:1:col-1
  22. average_image1(i,j) = (...
  23. image_gray1(i-1,j-1)+image_gray1(i-1,j)+image_gray1(i-1,j+1)+...   image_gray1(i,j-1)    +image_gray1(i,j)    +image_gray1(i,j+1)    +...
  24. image_gray1(i+1,j-1)+image_gray1(i+1,j)+image_gray1(i+1,j+1))/9;%取中值 end
  25. end

  27. image_gray2   = imnoise(image_gray,'gaussian',0.05); %加入高斯噪声 image_gray2           = im2double(image_gray2);
  28. average_image2     = zeros(row,col);
  29. for i = 2:1:row-1
  30. for j = 2:1:col-1
  31. average_image2(i,j) = (...
  32. image_gray2(i-1,j-1)+image_gray2(i-1,j)+image_gray2(i-1,j+1)+...   image_gray2(i,j-1)    +image_gray2(i,j)    +image_gray2(i,j+1)    +...
  33. image_gray2(i+1,j-1)+image_gray2(i+1,j)+image_gray2(i+1,j+1))/9;%取中值 end
  34. end

  36. figure
  37. subplot(321);
  38. imshow(image_gray    ), title('the original gray image');
  39. subplot(322);
  40. imshow(average_image), title('the average image'); subplot(323);
  41. imshow(image_gray1), title('the salt & pepper image'); subplot(324);
  42. imshow(average_image1), title('the average1 image'); subplot(325);
  43. imshow(image_gray2), title('the gaussian image'); subplot(326);
  44. imshow(average_image2), title('the average2 image');
复制代码
2.2Verilog代码分析
  1. image_template u_r_template
  2. (
  3.         .i_clk                        (i_clk                                ),
  4.         .i_rst_n                (i_rst_n                        ),
  5.         .i_en                        (i_en                                ),
  6.         .i_data                        (i_r                                ),
  7.         .o_en                        (                                        ),
  8.         .o_temp_11                (r_temp_11                        ),
  9.         .o_temp_12                (r_temp_12                        ),
  10.         .o_temp_13                (r_temp_13                        ),        
  11.         .o_temp_21                (r_temp_21                        ),
  12.         .o_temp_22                (r_temp_22                        ),
  13.         .o_temp_23                (r_temp_23                        ),               
  14.         .o_temp_31                (r_temp_31                        ),
  15.         .o_temp_32                (r_temp_32                        ),
  16.         .o_temp_33                (r_temp_33                        )
  17. );

  19. image_template u_g_template
  20. (
  21.         .i_clk                        (i_clk                                ),
  22.         .i_rst_n                (i_rst_n                        ),
  23.         .i_en                        (i_en                                ),
  24.         .i_data                        (i_g                                ),
  25.         .o_en                        (                                        ),
  26.         .o_temp_11                (g_temp_11                        ),
  27.         .o_temp_12                (g_temp_12                        ),
  28.         .o_temp_13                (g_temp_13                        ),        
  29.         .o_temp_21                (g_temp_21                        ),
  30.         .o_temp_22                (g_temp_22                        ),
  31.         .o_temp_23                (g_temp_23                        ),               
  32.         .o_temp_31                (g_temp_31                        ),
  33.         .o_temp_32                (g_temp_32                        ),
  34.         .o_temp_33                (g_temp_33                        )
  35. );

  37. image_template u_b_template
  38. (
  39.         .i_clk                        (i_clk                                ),
  40.         .i_rst_n                (i_rst_n                        ),
  41.         .i_en                        (i_en                                ),
  42.         .i_data                        (i_b                                ),
  43.         .o_en                        (                                        ),
  44.         .o_temp_11                (b_temp_11                        ),
  45.         .o_temp_12                (b_temp_12                        ),
  46.         .o_temp_13                (b_temp_13                        ),        
  47.         .o_temp_21                (b_temp_21                        ),
  48.         .o_temp_22                (b_temp_22                        ),
  49.         .o_temp_23                (b_temp_23                        ),               
  50.         .o_temp_31                (b_temp_31                        ),
  51.         .o_temp_32                (b_temp_32                        ),
  52.         .o_temp_33                (b_temp_33                        )
  53. );

  55. always@(posedge i_clk or negedge i_rst_n)
  56. begin
  57.     if(!i_rst_n)
  58.         begin
  59.         sum_r <= 12'd0;
  60.         sum_g <= 12'd0;
  61.         sum_b <= 12'd0;
  62.     end
  63.     else
  64.         begin
  65.         sum_r <= r_temp_11 +
  66.                          r_temp_12 +
  67.                          r_temp_13 +
  68.                          r_temp_21 +
  69.                          r_temp_22 +
  70.                          r_temp_23 +
  71.                          r_temp_31 +
  72.                          r_temp_32 +
  73.                          r_temp_33;
  74.         sum_g <= g_temp_11 +
  75.                          g_temp_12 +
  76.                          g_temp_13 +
  77.                          g_temp_21 +
  78.                          g_temp_22 +
  79.                          g_temp_23 +
  80.                          g_temp_31 +
  81.                          g_temp_32 +
  82.                          g_temp_33 ;
  83.         sum_b <= b_temp_11 +
  84.                          b_temp_12 +
  85.                          b_temp_13 +
  86.                          b_temp_21 +
  87.                          b_temp_22 +
  88.                          b_temp_23 +
  89.                          b_temp_31 +
  90.                          b_temp_32 +
  91.                          b_temp_33 ;
  92.     end
  93. end

  95. div_gen_0 u_r_div(
  96.     .aclk                                         (i_clk                                ),
  97.     .s_axis_divisor_tvalid  (i_en_d[1]                        ),
  98.     .s_axis_divisor_tdata   (8'd9                                ),
  99.     .s_axis_dividend_tvalid (i_en_d[1]                        ),
  100.     .s_axis_dividend_tdata  ({4'd0,sum_r[11:0]} ),
  101.     .m_axis_dout_tvalid     (avg_r_valid                ),
  102.     .m_axis_dout_tdata      (avg_r                                )
  103. );

  105. div_gen_0 u_g_div(
  106.     .aclk                                         (i_clk                                ),
  107.     .s_axis_divisor_tvalid  (i_en_d[1]                        ),
  108.     .s_axis_divisor_tdata   (8'd9                                ),
  109.     .s_axis_dividend_tvalid (i_en_d[1]                        ),
  110.     .s_axis_dividend_tdata  ({4'd0,sum_g[11:0]} ),
  111.     .m_axis_dout_tvalid     (avg_g_valid                ),
  112.     .m_axis_dout_tdata      (avg_g                                )
  113. );

  115. div_gen_0 u_b_div(
  116.     .aclk                                         (i_clk                                ),
  117.     .s_axis_divisor_tvalid  (i_en_d[1]                        ),
  118.     .s_axis_divisor_tdata   (8'd9                                ),
  119.     .s_axis_dividend_tvalid (i_en_d[1]                        ),
  120.     .s_axis_dividend_tdata  ({4'd0,sum_b[11:0]} ),
  121.     .m_axis_dout_tvalid     (avg_b_valid                ),
  122.     .m_axis_dout_tdata      (avg_b                                )
  123. );


  126. endmodule
复制代码

2.3 工程结构分析
我们将图像算法的模块做成 IP 后，在vivado 中进行工程的搭建，工程结构如图所示：
8ddab7d15e714bba8965a4294497461b.jpg
3 仿真及结果
3.1Matlab实验结果

d31086ca8be54711a45a331ce31c633e.jpg

3.2Modelsim实验结果

7ce84c42c7024c30a1c221bb78b4a2e7.jpg
4 搭建 Vitis-sdk 工程
创建 soc_base  sdk  platform  和 APP  工程的过程不再重复，可以阅读 3-3-01_sdk_base_app。以下给出创建好 soc_base sdk platform 的截图和对应工程 APP 的截图。

4.1 创建 SDKPlatform工程
47046f9268b647c59f716a4cc3d0e0fd.jpg
4.2SDKAPP工程

ca5ff6ca9a12405fa83af81ffea06b52.jpg
5 硬件连接
硬件连接如图所示：

dcb71aa80c10406292fca4e2d0fc79d9.jpg
6 上板实验结果
实验结果如图所示：
9cee79c38f12410aa24ef00681e19652.jpg
​

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