Bilateral Filter

2-D двустороннюю фильтрацию

Библиотека:
Vision HDL Toolbox/Фильтрация

Описание

Блок Bilateral Filter фильтрует изображения при сохранении ребер. Некоторые применения двусторонней фильтрации являются обесцениванием при сохранении ребер, отделением текстуры от освещения и карикатурой для улучшения ребер. Фильтр заменяет каждый пиксель в центре окрестности средним значением, которое вычисляется с помощью пространственных и интенсивных Гауссовых фильтров. Блок определяет коэффициенты фильтра из:

Пространственное расположение по соседству (подобно Гауссову фильтру размытия)
Интенсивность, различие от значения центра окрестности

Блок предоставляет два стандартных параметра отклонения для независимого управления пространственными и коэффициентами интенсивности.

Порты

Этот блок использует интерфейс потокового пикселя с pixelcontrol шина для сигналов управления системой координат. Этот интерфейс позволяет блоку работать независимо от размера и формата изображения. Все блоки Vision HDL Toolbox™ используют один и тот же потоковый интерфейс. Блок принимает и возвращает скалярное значение пикселя и шину, которая содержит пять сигналов управления. Сигналы управления указывают валидность каждого пикселя и его местоположение в системе координат. Чтобы преобразовать систему координат (пиксельную матрицу) в последовательный поток пикселей и сигналы управления, используйте блок Frame To Pixels. Полное описание интерфейса см. в разделе Потоковый пиксельный интерфейс.

Вход

расширить все

`pixel` - Один пиксель изображения
скаляр

Один пиксель изображения пиксельного потока, заданный как скалярное значение, представляющее интенсивность. Это значение интерпретируется по области значений [0,1], принимая все области значений типа входных данных. Целочисленные и типы данных с фиксированной точкой размером более 16 битов не поддерживаются.

double и single типы данных поддерживаются для симуляции, но не для генерации HDL-кода.

`ctrl` - Сигналы управления, сопоставленные с потоком пикселей
`pixelcontrol` автобус

The pixelcontrol шина содержит пять сигналов. Сигналы описывают валидность пикселя и его местоположение в системе координат. Для получения дополнительной информации смотрите Pixel Control Bus.

Типы данных: bus

Выход

расширить все

`pixel` - Один пиксель изображения
скаляр

Один пиксель изображения в потоке пикселей, возвращенный как скалярное значение, представляющее интенсивность. Целочисленные и типы данных с фиксированной точкой размером более 16 битов не поддерживаются.

double и single типы данных поддерживаются для симуляции, но не для генерации HDL-кода.

`ctrl` - Сигналы управления, сопоставленные с потоком пикселей
`pixelcontrol` автобус

Типы данных: bus

Параметры

расширить все

Главный

`Neighborhood size` - Размер области изображений в среднем
`3×3` (по умолчанию) | `5×5` | `7×7` | `9×9` | `11×11` | `13×13` | `15×15`

Размер области изображения, используемой для вычисления среднего значения, заданный как N -by N пиксельный квадрат.

`Spatial standard deviation` - Пространственная стандартная цель отклонения
`0.5` (по умолчанию) | положительное вещественное число

Пространственная стандартная цель отклонения, используемая для вычисления коэффициентов для пространственного Гауссова фильтра, заданная как положительное вещественное число. Этот параметр не имеет пределов, но рекомендуемые значения от 0,1 до 10. На верхнем конце распределение становится плоским, и коэффициенты малы. На нижнем конце распределение достигает пиков в центре и имеет небольшие коэффициенты в остальной части окрестности. Эти краевые значения также зависят от размера окрестности и типа данных, используемых для коэффициентов.

`Intensity standard deviation` - Цель стандартного отклонения интенсивности
`0.5` (по умолчанию) | положительное вещественное число

Цель стандартного отклонения интенсивности, используемая для вычисления коэффициентов для Гауссова фильтра интенсивности, заданная как положительное вещественное число. Этот параметр не имеет пределов, но рекомендуемые значения от 0,1 до 10. На верхнем конце распределение становится плоским, и коэффициенты малы. На нижнем конце распределение достигает пиков в центре и имеет небольшие коэффициенты в остальной части окрестности. Эти краевые значения также зависят от размера окрестности и типа данных, используемых для коэффициентов.

Когда стандартное отклонение интенсивности большое, двусторонний фильтр действует больше как Гауссов фильтр размытия, потому что интенсивность Гауссов имеет более низкий пик. И наоборот, когда стандартное отклонение интенсивности меньше, ребра интенсивности сохраняются или усиливаются.

`Padding method` - Метод заполнения контура входного изображения
`Constant` (по умолчанию) | `Replicate` | `Symmetric` | `None`

Выберите один из следующих методов для заполнения контура входного изображения. Для получения дополнительной информации об этих методах см. Раздел «Заполнение ребер».

Constant - Интерпретируйте пиксели вне системы координат изображения как имеющие постоянное значение.
Replicate - Повторите значение пикселей на краю изображения.
Symmetric - Установите значение пикселей заполнения, чтобы зеркально отобразить ребро изображения.
None - Исключить логику заполнения. Блок не устанавливает пиксели вне системы координат изображения на какое-либо конкретное значение. Эта опция уменьшает аппаратные ресурсы, используемые блоком, и гашение, необходимое между системами координат, но влияет на точность выходных пикселей на ребрах системы координат. Для поддержания синхронизации потока пикселей выхода системы координат совпадает с размером входного кадра. Однако, чтобы избежать использования пикселей, вычисленных из неопределенных значений заполнения, замаскируйте KernelSize/2 пикселя вокруг ребра системы координат для нижестоящих операций. Для получения дополнительной информации смотрите Увеличение пропускной способности при отсутствии заполнения.

`Padding value` - Значение, используемое для заполнения контура входного изображения
`0` (по умолчанию) | целое число

Задайте целое число, чтобы дополнить контур входного изображения. Блок переводит это значение в тот совпадающий тип данных, что и входной пиксель.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметр Padding method равным Constant.

`Line buffer size` - Размер буфера памяти линии
`2048` (по умолчанию) | положительное целое число

Задайте степень двойки, которая будет включать количество активных пикселей в одной горизонтальной линии.

Если вы задаете значение, которое не является степенью двойки, блок использует следующую наибольшую степень двойки.

Типы данных

`Rounding mode` - Режим округления для внутренних вычислений фиксированной точки
`Floor` (по умолчанию) | `Ceiling` | `Convergent` | `Nearest` | `Round` | `Zero`

Когда вход является любым целым числом или типом данных с фиксированной точкой, алгоритм использует арифметику с фиксированной точкой для внутренних вычислений. Эта опция не применяется, когда тип входных данных single или double.

`Saturate on integer overflow` - Режим переполнения для внутренних вычислений с фиксированной точкой
on (по умолчанию) | off

Когда вход является любым целым числом или типом данных с фиксированной точкой, алгоритм использует арифметику с фиксированной точкой для внутренних вычислений. По умолчанию значения с фиксированной точкой насыщаются при переполнении. Эта опция не применяется, когда тип входных данных single или double.

`Coefficients Data Type` - Метод определения типа данных коэффициентов фильтра
`Inherit: Same as first input` (по умолчанию) | `fixdt(1,16,0)` | выражения типа данных

Задайте неподписанный тип данных, который может представлять значения менее 1. Коэффициенты обычно требуют типа данных с большей точностью, чем тип входных данных. Блок вычисляет коэффициенты на основе размера окрестности и значений Intensity standard deviation и Spatial standard deviation. Большие окрестности распространяют Гауссову функцию таким образом, что каждое значение коэффициента меньше. Большее стандартное отклонение уплощает Гауссов так, что коэффициенты являются более равномерными по своей природе, а меньшее стандартное отклонение создает пиковую характеристику.

Примечание

Если вы пробуете тип данных и после квантования, больше половины коэффициентов становится нулем, блок выдает предупреждение. Если все коэффициенты равны нулю после квантования, блок выдает ошибку. Эти сообщения означают, что блок не смог выразить запрошенный фильтр с помощью указанного типа данных. Чтобы избежать этой проблемы, выберите тип данных коэффициента более высокой точности или измените стандартные цели отклонения.

`Output Data Type` - Метод определения типа данных выходных пикселей
`Inherit: Same as first input` (по умолчанию) | `fixdt(1,16,0)` | выражения типа данных

Отфильтрованные значения пикселей приводятся к этому типу данных.

Примеры моделей

Generate Cartoon Images Using Bilateral Filtering

Сгенерируйте изображения мультфильма используя двустороннюю фильтрацию

Сгенерируйте линии мультфильма и наложите их на изображение.

Совет

Когда вы используете блок с внутренним буфером линии внутри Enabled Subsystem (Simulink), шаблон сигнала включения должен поддерживать синхронизацию потока пикселей, включая минимальные интервалы гашения. Если шаблон enable повреждает синхронизацию потока пикселей, вы можете увидеть частичные выходные системы координат, поврежденные сигналы управления потоком пикселей или несоответствия между Simulink^® и результаты симуляции HDL. Вам может потребоваться увеличить интервалы гашения, чтобы соответствовать циклам, когда активация низкая. Дополнительные сведения см. в разделе Настройка интервалов гашения.

Алгоритмы

расширить все

Двусторонний фильтр может быть описан как Гауссов фильтр в пространственной размерности, который изменяет коэффициенты второго Гауссова фильтра, который работает с интенсивностью.

Алгоритм хранит N -1 линиях, чтобы он мог сформировать N -by - N матрицу пикселей, соответствующих Neighborhood size. Затем он применяет два Гауссова фильтра на каждом районе. Коэффициенты фильтра вычисляются из пространственных и стандартных отклонений интенсивности.

Операция Subtract Center создает пиксельное значение нуля в центре окрестности. Для аппаратной реализации и для симуляции типов данных с фиксированной или целочисленной точкой вычисление в штриховой области реализуется с интерполяционной таблицей предварительно вычисленных значений для каждого пикселя. Потому что центральное значение всегда равняется нулю, u² и e^u всегда являются единичными и не вычисляются. Для входов с плавающей точкой, симуляция вычисляет u² и e^u как показано. В выходе штриховой области используется заданный тип данных коэффициента. Блоки Q на схеме показывают точки квантования.

Алгоритм реализует конечный шаг нормализации с ответной интерполяционной таблицей в аппаратной реализации. Интерполяционная таблица имеет 2048 местоположений, поэтому сумма коэффициентов квантуется до наиболее значимых 11 бит. Взаимные значения используют заданный тип выходных данных плюс минимум два целочисленных бита, если тип данных их еще не включает. Обратное значение поиска для нулевой суммы является максимально представимым значением в типе данных коэффициента. Для нормализации с плавающей точкой симуляция обнаруживает нулевую сумму и вместо этого делит на eps() дивидендов.

Значение выходного пикселя затем приведено к указанному типу выходных данных. Фильтр использует всюсь область значений типов данных, поэтому, если ваше цветовое пространство использует меньше, чем вся область значений, вам, возможно, потребуется перерассчитать значения пикселей.

Примечание

При фильтрации многокомпонентных (цветных) пикселей могут возникнуть ложные цвета, если операция не выполняется в цветовом пространстве, основанном на восприятии человека, таком как CIELab. Двусторонняя фильтрация цветового пространства R 'G' B' не рекомендуется.

Время ожидания

Задержка блока - это задержка буфера линий плюс задержка вычисления ядра. Задержка буфера линии включает заполнение ребра по умолчанию. Задержка операции заполнения зависит от размера ядра. Если заполнение ребра не обязательно для вашего проекта, можно уменьшить задержку, установив параметр Padding method равным None. Когда вы используете эту опцию, задержка блока не зависит от размера вашего ядра. Чтобы определить точную задержку для любого строения блока, измерьте количество временных шагов между входом и выходным сигналами управления.

Примечание

Когда вы используете ребро, используйте горизонтальный интервал гашения, больше, чем в два раза ширина ядра. Этот интервал позволяет блоку закончить обработку одной линии до начала обработки следующей, включая добавление пикселей заполнения до и после активных пикселей в линии. Стандартные форматы потокового видео используют горизонтальный интервал гашения, составляющий около 25% ширины системы координат. Этот интервал намного больше, чем фильтры, примененные к каждой системе координат. Когда вы отключаете заполнение ребра, горизонтальный интервал гашения должен быть не менее 12 циклов и не зависит от размера ядра. Если вы используете пользовательский формат видео, установите горизонтальный интервал гашения при помощи Frame To Pixels параметров блоков. Горизонтальный интервал гашения равен Total pixels per line - Active pixels per line или, эквивалентно, Front porch + Back porch. Дополнительные сведения см. в разделе Настройка интервалов гашения.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

Этот блок поддерживает генерацию кода C/C + + для режимов Simulink Accelerator и rapid Accelerator и для генерации компонентов DPI.

Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и VHDL код для FPGA и ASIC проектов с использованием HDL- Coder™.

HDL Coder™ предоставляет дополнительные опции строения, которые влияют на реализацию HDL и синтезированную логику.

Архитектура HDL

Этот блок имеет одну архитектуру HDL по умолчанию.

Свойства блоков

ConstrainedOutputPipeline	Количество регистров для размещения на выходах путем перемещения существующих задержек в рамках вашего проекта. Распределённая конвейеризация не перераспределяет эти регистры. Значение по умолчанию является `0`. Для получения дополнительной информации смотрите ConstrainedOutputPipeline (HDL Coder).
InputPipeline	Количество входных этапов конвейера для вставки в сгенерированный код. Распределённая конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию является `0`. Для получения дополнительной информации смотрите InputPipeline (HDL Coder).
OutputPipeline	Количество выходных этапов конвейера для вставки в сгенерированный код. Распределённая конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут перемещать эти регистры. Значение по умолчанию является `0`. Для получения дополнительной информации смотрите OutputPipeline (HDL Coder).

Документация

Bilateral Filter

Описание

Порты

Вход

`pixel` - Один пиксель изображения
скаляр