数字图像锐化算法的研究与实现开题报告

青岛工学院毕业设计开题报告题目数字图像锐化算法的研究与实现学院信息工程学院年级2009级专业电子信息工程姓名王景刚学号200902305117指导教师姜琴教务处制表2013年3月1日一、选题依据课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值在过去的几年中，各种各样的数字信号处理方法层出不穷。数字信号处理器已经成为许多消费、通信、医疗、军事和工业类产品的核心器件。在实际应用中可以选用的数字信号处理实现方法很多。但是，数字信号处理器(DSP)以其在处理速度、价格和功耗上的无以替代的优势赢得了大多数用户的信任。随着信息家电、网络通信和3G移动通信的飞速发展，作为最关键的核心器件的数字信号处理器，将会把人们带人高速信息化的时代。而基于DSP的数字图像处理技术也随之DSP的发展而不断革新。图像处理技术最初是在采用高级语言编程在计算机上实现的，后来还在计算机中加入了图像处理器(GPU)，协同计算机的CPU工作，以提高计算机的图形化处理能力。在大批量、小型化和低功耗的要求提出后，图像处理平台依次出现了基于VLSI技术的专用集成电路芯片((ASIC)和数字信号处理器((DSP)。但基于DSP的图像处理系统以其可降低体积、重量与功耗，同时价格也较低，具有较高的可靠性，且易于维修与测试，对噪声与干扰有较强的抗干扰能力，越来越受到了人们的青睐。目前，图像锐化是基于DSP数字图像处理的最基本的方法之一。图像锐化的主要目的有两个：一是增强图像边缘，使模糊的图像变得更加清晰，颜色变得鲜明突出，图像的质量有所改善，产生更适合人眼观察和识别的图像；二是希望经过锐化处理后，目标物体的边缘鲜明，以便于提取目标的边缘、对图像进行分割、目标区域识别、区域形状提取等，为进一步的图像理解与分析奠定基础。图像锐化处理的方法多种多样，其也包括多种应用，从电子印象和医学成像到工业检测和军事系统的的制导等等，都离不开图像锐化处理。从图像平滑处理图像，我们可以看到在空间域用像素领域平均法可以使图像变模糊.因为均值处理与积分相似，从逻辑的角度，我们可以断定锐化处理可以用空间微分来完成。在这次设计中将实现数字微分锐化的各种定义及其实现算子。微分算子的响应程度与图像在该点（应用了算子）的突变程度有关。这样一来，图像微分增强了边缘轮廓的高频分量。它的实现将改善人的视觉效果或便于人或机器对图像的分析理解，根据图像的特点或存在的问题，以及应用目的所采取的不同算子改善图像质量或增强图像的某些特征的措施。二、文献综述国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献随着我国信息产业的发展，近年来我国的数字信号处理学科发展较快。DSP处理器已经在我国的数字通信、信号处理、雷达、电子对抗、图像处理等方面得到了广泛的应用，为科学技术和国民经济建设创造了很大价值。全国有很多高校、科研机构的信号处理实验室都在大力研究性能更高的数字信号处理设备，取得了很多研究成果。我国的科研人员通过对先进的DSP芯片的研究，已经研制出一些高性能处理设备的解决方案，并且在板级PCB设计方面，也取得了宝贵的设计经验。以我国某电子技术研究所研制的DSP雷达数字信号处理通用模块为例，它使用了6片ADSP21060和大规模可编程器件构成通用处理模块。通过信号处理算法并行设计、系统多数据流设计、处理任务分配调度程序设计，实现高速实时雷达数字信号处理。以FFT算法为例，将任务分为3个流水处理过程：FFT、复数乘法、IFFT，实现多片DSP组成并行处理。在33MHz时钟下，1024点处理通过时间为0.7ms，可以实现单通道数据率为1MHz，双通道并行工作为2MHz。国内的某大学所研制的基于TMS320C6201的高速实时数字信号处理平台，实现基-2的复数FFT，允许输入数据的动态范围16-bit，可以实现59μs内完成512点的FFT，130μs内可以完成1024点的FFT。但是，应该看到，我国在信号处理理论、高速高性能处理器设计和制造方面与国际先进水平还有较大差距。而且，主要的核心处理器件基本完全依赖进口，这也是我国半导体研究领域需要大力加强的工作之一。复杂的大型处理机PCB板级设计和制造也存在一定困难，也是需要我国科研人员发扬勇于拼搏的精神，继续的刻苦努力。国外的商业化信号处理设备一直保持着快速的发展势头。欧美等科技大国保持着国际领先的地位。例如美国DSPresearch公司，Pentek公司，Motorola公司，加拿大Dy4公司等，他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈发激烈。我们从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解一些当今世界先进的数字信号处理系统的情况。以Pentek公司一款处理板4293为例，使用8片TI公司300MHz的TMS320C6203芯片，具有19200MIPS的处理能力，同时集成了8片32MB的SDRAM，数据吞吐600MB/s。该公司另一款处理板4294集成了4片MotorolaMPC7410G4PowerPC处理器，工作频率400/500MHz，两级缓存256K×64bit，最高具有16MB的SDRAM。ADI公司的TigerSHARC芯片也由于其出色的协同工作能力，可以组成强大的处理器阵列，在诸多领域（特别是军事领域）获得了广泛的应用。以英国TranstechDSP公司的TP-P36N为例，它由4～8片TS101b（TigerSharc）芯片构成，时钟250MHz，具有6～12GFLOPS的处理能力。DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的20年中，这一进程在不断重复进行，而且周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。随着竞争的加剧，DSP生产商随时调整发展规划，以全面的市场规划和完善的解决方案，加上新的开发历年，不断深化产业化进程。图像是人类相互交流和认识客观世界的主要媒体。已有数据表明，人类感知的各种信息中大约四分之三来自于视觉。伴随着计算机技术的发展以及相关领域的迫切需求，图像处理技术目前已被国内外广泛应用于科学研究、工业生产、文化娱乐、医疗卫生、教育、管理和航空航天等许多领域，已成为现代信息化社会的重要支柱之一。图像处理是一门融数学、物理、生理学、心理学、电子学和计算机科学于一体的交叉学科。其研究范围与模式识别、机器视觉、计算机图形学相互融合，其研究进展与人工智能、神经网络、遗传算法、模糊逻辑等理论和技术密切相关。目前，图像处理已成为最具生命力的边缘学科之一。很多国家，特别是发达国家投入了大量的人力物力来研究如何用计算机系统解释图像，当前图像处理面临的主要问题是研究新的处理方法，构造新的处理系统，开拓更广泛的应用领域。参考文献[1]姜阳，周锡青.DSP原理与应用实验[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008[2]方华刚.DSP原理与应用M[].北京：机械工业出版社，2006.1[3]程佩青，数字信号处理教程第二版[M]，清华大学出版社，2001.8[4]汪春梅，孙洪波.TMS320C55XDSP原理及应用[M].第二版北京：电子工业出版社2008[5]刘直芳，王运琼，朱敏，数字图像处理与分析[M].北京：清华大学出版社，2006:83-89.[6]阮秋琦.数字图像处理学[M].北京：电子工业出版社，2007:199-211.[7]王晓丹，吴崇明.基于MATLAB的系统分析与设计[M].陕西：西安电子科技大学出版社，2009:11-15[8]王斌.MATLAB实现数字图像增强处理[J].佳木斯大学学报，2005,23（1）:31-34[9]TMS320C55XDSPMnemonicInstructionSetReferenceGuideSORU374G[Z].Instruments,2002.[10]TMS320C55XDSPAssemblyLanguageToolsUser’sGuideSPRU280H[Z].TexasInstruments,2004.[11]狄岚.利用MATLAB实现谷类图像的增强[J].粮食与食品工业，2006.13（1）：54-57.[12]冈萨雷斯.数字图像处理[M].电子工业出版社，2003.三、研究内容1.学术构想与思路；主要内容及拟解决的关键问题主要内容①熟悉DSP硬件开发环境DM642DSP和软件开发环境CCS2.0；②应用DSP实现传统的图像锐化算法；③分析不同算子的优缺点和应用场合；④通过编程对一张实际图片进行试验对比；⑤在DM642DSP硬件环境中，利用CCS2软件环境编写源程序、调试、编译、运行源程序，并给出图像锐化后的仿真结果。最关键问题是加深对算子的理解，学会用DSP对图像进行锐化处理，合理的应用不同算子对图片进行锐化处理。2.拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析根据文献检索，图像锐化的实质是增强原图像的高频分量。边缘和轮廓一般位于灰度突变的地方，因此和自然地利用灰度差分提取出来。由于边缘和轮廓在一幅图中常常具有任意方向，而差分运算是有方向性的，因此和差分方向一致的边缘和轮廓便检测不出来。因而希望找到一些各向同性的检测算子，它们对任意方向的边缘和轮廓都有检测能力，具有这钟性质的锐化算子有Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Laplacian算子等微分算子。本次设计就是利用DSP实现图像边缘检测，具体的是利用DSP针对Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Laplacian算子实现边缘检测的功能。四、设计进度安排起止时间主要内容预期目标2012.12.8—2013.3.6选题,资料收集了解图像锐化处理2013.3.7—2013.3.31制定初步设计方案，查阅文献相关知识完成开题报告熟悉系统开发2013.4.1—2013.4.10学习DSP硬件和软件开发环境熟悉DSP硬件2013.4.11—2013.4.20研究图像锐化算法的各种算子掌握和了解图像锐化处理2013.4.21—2013.4.30对各种算子的优缺点及应用场合进行研究熟悉各种算子2013.5.1—2013.5.31编写源代码完成编写2013.6.1—2013.6.15完成毕业论文准备答辩设计完成并做总结五、审核意见指导教师意见指导教师签字:年月日审核小组意见审核小组成员签字：年月日