FPGA üzerinde görüntü iyileştirme uygulaması

Abstract

Görüntü işaretleri, çeşitli kaynaklardan etkilenerek gürültü işaretlerine maruz kalabilir. Bunlar: depolama birimlerinden kaynaklanan gürültüler, görüntü oluşumunu sağlayan donanımlardan (kamera, webcam, dijitizer, vb?) kaynaklanan gürültüler, alıcı-verici ve kayıt donanımlarından kaynaklanan gürültüler, iletim kanalları (televizyon veya radyo yayınları, uydu hatları, kablolu ağlar, statik çarpıcılar, vb?) gibi altyapı ortamlarından kaynaklanan gürültüler olarak tanımlanabilir. Gürültülü görüntü işaretlerinin kullanıcıya sunulması, farklı amaçlar doğrultusunda değerlendirilebilmesi için içerisinde bulunan gürültü işaretlerinin ortadan kaldırılması gerekmektedir. Örnek olarak tıbbi uygulamalarda doktorun hastasıyla ilgili bir MR görüntüsünde değerlendirme yapabilmesi, otomasyon sistemiyle üretim yapan fabrikada banttan çıkan ürünün örnek ürünle karşılaştırmasını görüntü işleme ile gerçekleştiren sistemin elde ettiği kamera görüntüsünün değerlendirilebilmesi için, görüntünün varsa gürültülü işaretlerinin elemine edilmesi oldukça önemlidir.İncelenecek ve üzerinde çalışma yapılacak olan gürültü çeşidi, genellikle hava ortamındaki iletim kanallarından, güvenli olmayan sayısal hatlarındaki veri iletimi sırasında paket kayıplarından ya da piksel kayıplarından meydana gelir. Bu gürültü çeşidi literatürde darbe gürültüsü, tuz-biber gürültüsü olarak adlandırılır. Bu tarz gürültü işaretlerini temizlemede kullanılan en etkili filtrelerden bir tanesi standart medyan filtredir.Medyan filtre, görüntü işlemede, darbe gürültülü işaretlerde kullanılan güçlü bir araçtır. Standart medyan filtre herhangi bir modifikasyona gerek kalmadan filtrelemede oldukça iyi sonuçlar verir. Genellikle tuz-biber gürültülerini bastırmada kullanılır. Filtrelemeyi gerçekleştirirken görüntüde bulunan kenar geçişlerini korur. Gaussian filtreleri gibi keskin kenar geçişlerini düzleştirme gibi görüntü işareti üzerinde herhangi bir etki bırakmaz. Fakat görüntü üzerinde bulunan küçük detayları ortadan kaldırabilir. Bu detayların oranı, kullanılan medyan filtre şablonu büyüklüğüyle de doğru orantılıdır. Medyan filtre şablonu büyürse detaylar da o oranda kaybolur. Bunun önüne geçmek için farklı yapılardaki medyan filtreleme teknikleri kullanılır. Üzerinde duracağımız ve çalışmalarımızı gerçekleştireceğimiz filtre çeşidi ise standart medyan filtrelerdir.İki boyutlu medyan filtrelerde NxN kare medyan filtre şablonunu kullanmak, görüntüde bulunan her bir piksel değeri için şablondaki NxN tane piksel değerini sıralamak ve bunlardan ortanca değerini bulup görüntüdeki ilgili piksel değeriyle yer değiştirmek oldukça önemli hesaplama gücü gerektirir. Gerçek zamanlı görüntülerde medyan filtreyi uygulamanın tek yolu, algoritmayı donanımsal olarak gerçekleştirmektir. Programlanabilir lojik, kullanıcının ihtiyaç duyduğu tüm uygulamaları gerçekleştirmeye imkân sağladığından, paralel işlem yapabilme yeteneğiyle, gerçek zamanlı görüntü üzerinde medyan filtre uygulamasını FPGA'ler ile mümkün kılar (Dhanasekaran ve Boopathy, 2009).Çalışmada medyan filtre uygulaması üzerinde durularak, filtrenin yapısı, uygulanış şekli, görüntü üzerindeki etkileri, avantaj ve dezavantajları gibi birçok noktaya değinilmiş, yapının FPGA üzerinde temel bir donanım algoritması kullanılarak yüksek çözünürlüklü gerçek zamanlı görüntüler üzerinde uygulaması yapılmıştır.