基于fpga的传真图像二值化处理new

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1、http://www.paper.edu.cn基于FPGA的传真图像二值化处理王祁远,姬宝金西安邮电学院计算机系，西安（710061）E-mail：xiaoxiao2536615@163.com摘要：本文讨论了数字双网传真机中对传真图像二值化的设计思路与实现方法。通过对图像二值化概念的研究，采用Altera公司的Cyclone芯片，设计了传真图像二值化处理的电路。该电路完成了双网数字传真机中传真图像二值化的功能。所设计电路在Altera公司的QuartusII下进行了仿真，结果显示电路可对标准传真图像进行二值化处理。关键词：双网数字传真机；FPGA；Cyclone；Bay

2、er抖动表中图分类号：TP393文献标识码：A1.引言随着通信技术的发展，尤其是Internet网络的普及，为双网数字传真机奠定了实现的基础，也为传真业务的发展注入了新的活力。作为双网传真芯片实现的重要组成部分，对传真图象处理的实现方案显得尤为重要。本文将对笔者在双网数字传真机核心芯片项目组中完成的工作——传真机发送端的图象处理模块中的图象二值化做重点讲解。重点描述了抖动表的构成，固定阈值二值化和基于Bayer抖动表的图象二值化处理的过程。提出了一种在FPGA上实现，符合ITU—T推荐协议规范的改进传真图象二值化处理方法，描述其实现的关键步骤，并给出了在FPGA开发板上实

3、现该解决方案的步骤与细节，并在处理时间和图象质量上与传真图象二值化的常用的几种方案进行了对比。本文第2部分简单介绍了传真图像二值化的概念和理论；第3部分描述了在传真图像二值化过程中常用的几种方法，并提出了一种改进的传真图像二值化的方法；第4部分描述了基于FPGA实现功能的方法和过程，并在处理时间和图像效果两个方面，对几种处理方法进行了比对，第5部分对设计过程进行了简单总结。2.图象二值化简介从普通的黑白针式打印机的打印原理来分析，能打印出灰度图来似乎是不可能的。因为针打是靠撞针击打色带在纸上形成黑点的，不可能打出灰色的点来；可是我们的确见过用针式打印机打印出来的灰色图象。

4、到底是怎么回事呢？当用放大镜再仔细看看那些打印出来的[1]所谓的灰色图象就会发现，原来这些灰色图象都是由一些黑点组成的。黑点密一些，图象就暗一些；黑点稀一些，图案就亮一些。下面这几张图就能说明这一点。图1用黑白两种颜色打印出灰度效果图1中最左边的是原图，是一幅真正的灰度图，另外三张图都是黑白二值图。容易看出，最左的那幅和原图最接近。由二值图象显示出灰度效果的方法，就是半影调（halftone）技术，它的一个主要用途就是在只有二值输出的打印机上打印图象。通常半影调处理有两种方法：图案法和抖动法，在这里我们重点介绍有序抖动的概念。有序抖动是一个逐点处理过程，-1-http:/

5、/www.paper.edu.cn通过将连续色调输入信号和确定的周期重复的门限矩阵（阈值矩阵或者抖动矩阵）相比较而得到二值化的输出。采用有序抖动，使得在处理前后，图象的较小面元内总的灰度或色彩一致。这样，才能使人眼看出抖动后的图象的“连续色调”。对于直流输入而言，同阈值矩阵比较的二值化输出，可以看成是二值点阵模型。从上述有序抖动的概念可以看出，阈值矩阵中的个数值大小与排列顺序影响图象的输出效果是有序抖动的关键。因此，对有序抖动的改进也集中到改变阈值矩阵中数值的大小排列，使得在直流输入时，二值点阵模型的失真能尽量集中在人眼的低通带宽之外，使人眼观察出的失真最小。图2是一个直

6、流输入有序抖动的例⎡02⎤子。抖动矩阵为⎢⎥直流输入为g。不同的输入，对应有不同的二值点阵模型，如图2⎣31⎦所示。g=00

7、r抖动矩阵二值化的方案和经过笔者改进的二值化方案。3.1Bayer抖动矩阵二值化传真机中主要通过有序抖动实现半色调处理。有序抖动是将连续色调输入信号和确定的周期重复的门限矩阵（抖动矩阵）相比较而得到二值化的输出。经过抖动处理的数字图像，在打印、显示等输出的图像中会出现规律的可见图像，称为人工纹理。使人工纹理减至最低程度的有序抖动是Bayer抖动。Bayer抖动的基本矩阵是2*2[2][3]矩阵：0231高维数的矩阵可以递归得到：4Dn/24D+2Un/2n/2D=n4D+3Un/2n/24D+Un/2n/2其中：Dn是n*n的