一種非局部均值濾波的快速并行實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】非局部均值濾波算法是一種被廣泛應(yīng)用于抑制圖像噪聲的算法，該算法根據(jù)屬于同一圖像結(jié)構(gòu)的像素點(diǎn)周圍有著相似的鄰域結(jié)構(gòu)這一假設(shè)，并基于此鄰域相似性質(zhì)構(gòu)建加權(quán)濾波器來抑制圖像中的噪聲。實(shí)驗(yàn)證明該非局部均值濾波算法能在有效地抑制圖像中的噪聲的同時保持圖像中的組織信息，為了有效地抑制圖像中的噪聲，一般需要較大的搜索窗以引入較多的鄰域信息，從而導(dǎo)致大量的計算量和處理時間，影響了其在實(shí)際中的應(yīng)用。為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種非局部均值濾波的快速并行實(shí)現(xiàn)方法，該方法在原有的以像素為單位的GPU并行的基礎(chǔ)上，利用共享存儲器特性及非局部均值權(quán)重對稱性來優(yōu)化并行操作，顯著地提高了非局部均值濾波算法的計算速度。
【專利說明】一種非局部均值濾波的快速并行實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非局部均值濾波算法在GPU上的快速并行實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像降噪始終是數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中的一個重要的研究內(nèi)容，經(jīng)典的降噪濾波方法有鄰域平均值法、中值法以及一些頻域?yàn)V波方法，這些圖像降噪算法一般基于像素的灰度差和梯度等信息，只利用到較小鄰域的信息，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模糊的圖像處理結(jié)果。而Buades基于從圖像中任取一個小窗口，都能夠從該圖像的一個較大范圍內(nèi)中找到許多與其相似的窗口結(jié)構(gòu)的事實(shí)提出了非局部均值濾波算法，這種算法可以充分利用圖像中更大范圍內(nèi)的圖像信息對噪聲抑制，從而能夠在不丟失圖像細(xì)節(jié)的前提下有效的抑制圖像中的噪聲。具體的，非局部均值濾波算法把每個像素替換成其鄰近像素乘以權(quán)重之后的平均值并利用兩個塊之間的相似度計算權(quán)重，即假設(shè)現(xiàn)在處理像素點(diǎn)P (P = (px, Py))，P搜索窗內(nèi)的像素點(diǎn)q的權(quán)重值等于分別以P，Q為中心的比較塊進(jìn)行比較后得到的值，權(quán)重值與兩個比較塊的相似度呈正相關(guān)關(guān)系。認(rèn)為X是目標(biāo)處理圖像，Y是待處理的圖像，非局部均值濾波算法可用如下公式表示:
【權(quán)利要求】
1.一種非局部均值濾波的快速并行實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，以像素為單位，每一個圖形處理單元GPU中的線程計算圖像中的一個像素點(diǎn)，對非局部均值濾波算法進(jìn)行并行化的GPU加速，包括以下步驟: 步驟1、在GPU中，每一個線程都計算它所對應(yīng)的像素點(diǎn)與其搜索窗中的某一個位置的像素點(diǎn)的灰度差異值的絕對值；當(dāng)所有的線程都計算完差異值后，假設(shè)比較塊變徑為凡計算以該線程所對應(yīng)的像素點(diǎn)為中心的比較塊的中心行的A+1種可能灰度累加值，即根據(jù)該中心行在不同的比較塊中與該比較塊中心點(diǎn)的距離乘以不同的距離系數(shù)得到該中心行所有的可能累加灰度差絕對值； 步驟2、在GPU中，每一個線程都計算它所對應(yīng)的像素點(diǎn)的比較塊與其的搜索窗中的步驟I中的某一個位置的像素點(diǎn)的比較塊的相似度，即對步驟I的結(jié)果，選擇相應(yīng)的累加灰度差絕對值進(jìn)行累加，根據(jù)累加結(jié)果計算比較塊的相似度，得到一個權(quán)重值； 步驟3、在GPU中，每一個線程都累加它所對應(yīng)的像素點(diǎn)在步驟2計算的權(quán)重值，同時也累加權(quán)重值乘以像素的值； 遍歷搜索窗里的所有位置，每一次都執(zhí)行上述三個步驟； 步驟4、根據(jù)最后一次步驟3得出的累加權(quán)重值和累加像素和計算出處理后的像素值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟I中，把計算出來的像素點(diǎn)灰度差異值保存在共享存儲器中，這樣可以減少訪問顯存的次數(shù)，由于訪問共享存儲器的速度遠(yuǎn)高于訪問顯存的速度，因此這樣可以大幅降低數(shù)據(jù)傳輸時間；然后根據(jù)比較塊的中心行在不同的比較塊中與該比較塊中心點(diǎn)的距離乘以不同的距離系數(shù)得到該中心行所有的可能累加灰度差絕對值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3中，利用權(quán)重計算的對稱性，當(dāng)對搜索窗中的某一位置累加時，同時也累加該位置的對稱位置。
【文檔編號】G06T5/00GK103745447SQ201410052166
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】陳陽, 莊志昆, 羅立民, 李松毅, 鮑旭東 申請人:東南大學(xué)