目录
简介
数学实现
FPGA实现
数据输入
窗口生成
算法实现
数据输出
总结
简介
双边滤波包含两个滤波的计算，一个是负责平滑图像的高斯滤波（空间域），是二维高斯正态分布放在图像矩阵上做卷积运算；如果在图像的边缘区域，像素差异本身就较大，只用空间域的滤波会导致图像模糊，所以加入值域滤波，因为边缘像素差异大，使得其加权的时候权重具有很大的差别，从而使得只考虑自己所属的一边的邻域，类似于分割图像。两个权值的乘积再和原图做卷积运算得到优化后的结果，从而达到保边去噪的效果。
数学实现
双边滤波公式
其中
是
其中
是滤波后的图像；
是原始图；
是当前要滤波的像素；
是
的窗口；
是一个值域核；
是空间域核；设
是滤波核内的某点，
是滤波核中心点，令，
权值即
*
可以看到在边缘部分，像素差距大，
趋近0，对结果的影响越小，保持边缘；图像平滑部分，
趋近1，主要是
起作用。
FPGA实现
本试验实现5x5窗口的双边滤波，相对于输入时钟，用五倍以上的时钟去处理（一次处理五个像素）。模块主要包括数据输入缓存、窗口生成，数据处理，数据输出三部分。
数据输入
数据输入模块主要是把低速的图像数据缓存，然后通过高速时钟读出数据进行处理。
窗口生成
窗口生成较为简单，通过shift reg缓存四行
算法实现
首先需要生成空间域和值域的高斯核，存入rom，作为查找表。
空间域：空间域实现较为简单，只要25个欧式距离所对应的权重值即可，根据输入像素所在的位置查找对应的值。通过matlab生成，函数即
所示。值域：值域的权重，像素与中间点的差值作为索引（假设像素为14bit，差值为0~16383），根据
函数得到值域的权重查找表存到rom。
25个像素一列一列输出，一列是5个像素，五个值域查找表可同时输出五个查找值，空间域不需要五个查找表，可通过输出列所在的位置得到，然后通过流水线计算。
一级：像素差值计算，以及空间域权值索引得到空间域权值
，缓存当前列的像素值。二级：像素差值索引得到值域权值
，以及空间域权值缓存，缓存当前列的像素值。三级：值域权值、空间域权值、像素值乘积fgi_0 =
，以及值域权值和空间域权值乘积fg_0 =
。 四级：计算上述两个乘积的和（单列）,sum_fgi_0 =
fgi (fgi_0,fgi_1...fgi_4)，以及 sum_fg_0 =
fg (fg_0,fg_1...fg_4)。
五级：计算五个列的总的和。
六级：计算比值（除法器）。
上述计算需要注意位宽以及定点数等
数据输出
数据存入fifo后通过低速时钟读出
总结
本算法需要计算较多卷积，以及对参数的归一化定点计算也要考虑到，主要难点是有点绕，需要仔细。本文没有讨论
的选取。可以参考双边滤波原理（Bilateral Filtering） - 知乎
