一种针对图像模拟信号的多尺度高斯滤波装置及其构造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及声像技术领域，具体说涉及一种针对图像模拟信号的多尺度高斯滤波 装置及其构造方法。
【背景技术】
[0002] 在某些图形处理过程尤其是应用到特征提取算法的图形处理过程中，通常需要对 图形数据进行多采样率下以及多尺度下的高斯滤波处理。为了实现上述滤波处理，传统的 图形处理系统在进行图形处理时，首先要基于软件算法在系统中构造相应的高斯金字塔多 尺度滤波模块，然后将采集到的图像模拟信号转换为数字信号，最后利用高斯金字塔多尺 度滤波模块对数字信号进行相应的计算处理。
[0003] 由于高斯滤波算法拥有较大的计算量，因此在上述过程中，构造高斯金字塔多尺 度滤波模块以及利用高斯金字塔多尺度滤波模块进行计算处理都造成了巨大的计算消耗。 例如在利用尺度不变特征转换（Scale-invariant feature transform，SIFT)算法处理图 像的过程中，构建高斯金字塔多尺度滤波模块的过程占用了整个算法的约85. 63 %。
[0004] 图形处理系统的处理能力主要体现在数据处理的实时性以及处理能耗上，处理过 程中的计算消耗势必导致相应的能耗以及时间损耗。随着当前待处理图形数据量的猛增， 图形处理过程中高斯滤波处理所造成能耗以及时间损耗对图形处理系统整体处理能力的 影响越来越突出。
[0005] 因此，为了提高图形处理系统的处理能力，需要一种相对于现有技术能耗更小处 理速度更快的高斯滤波装置。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中针对图像信号的高斯滤波处理存在的问题，本发明提供了一种针 对图像模拟信号的多尺度高斯滤波装置，所述装置用于对待处理图像模拟信号进行多尺度 高斯滤波从而获取滤波后的图像模拟信号，其中：
[0007] 所述装置包含多个高斯滤波单元；
[0008] 每个所述高斯滤波单元由多个有源电路构成的负电阻和普通正电阻按照特定的 网络连接方式连接构成。
[0009] 在一实施例中，所述待处理图像模拟信号包含多个像素点模拟信号，所述高斯滤 波单元被构造成对一个像素点模拟信号进行特定带宽下的高斯滤波处理以获取滤波后的 像素点模拟信号。
[0010] 在一实施例中，所述装置包含采样滤波层，所述采样滤波层用于基于特定采样率 获取所述待处理图像模拟信号中对应的多个像素点模拟信号并对获取到的所述多个像素 点模拟信号进行高斯滤波处理。
[0011] 在一实施例中，所述装置包含多个采样滤波层，每个所述采样滤波层对应一个特 定的采样率，不同的所述采样滤波层对应不同的采样率。
[0012] 在一实施例中，所述装置包含一个采样滤波层以及多个采样提取模块，所述采样 提取模块用于从所述采样滤波层输出的滤波后的像素点模拟信号中筛选出特定的像素点 对应的模拟信号从而获取相应的采样率下的滤波后的图像模拟信号。
[0013] 在一实施例中，所述采样滤波层包含多个定尺度滤波模块，所述定尺度滤波模块 用于以特定的带宽对所述采样滤波层获取到的多个像素点模拟信号进行高斯滤波处理。
[0014] 在一实施例中，每个所述定尺度滤波模块包含多个具有相同带宽的所述高斯滤波 单元，同一定尺度滤波模块中的每个高斯滤波单元对应处理所述采样滤波层获取到的多个 像素点模拟信号中的一个像素点模拟信号，在所述采样滤波层的任意一个定尺度滤波模块 中，所述高斯滤波单元与所述采样滤波层获取到的每个像素点模拟信号一一对应。
[0015] 在一实施例中，所述采样滤波层包含多个像素滤波模块，所述采样滤波层中的每 个像素滤波模块与所述采样滤波层获取到的每个像素点模拟信号一一对应。
[0016] 在一实施例中，所述像素滤波模块包含多个所述高斯滤波单元，同一像素滤波模 块中的不同高斯滤波单元具有不同的带宽，同一采样滤波层中的所有像素滤波模块具有相 同的结构。
[0017] 本发明还提出了一种针对图像模拟信号的多尺度高斯滤波装置的构造方法，所述 方法包含以下步骤：
[0018] 分析处理需求步骤，根据待处理图像的处理需求确定滤波处理的采样率需求以及 带宽需求；
[0019] 确定装置结构步骤，根据所述采样率需求以及所述带宽需求确定装置中各个高斯 滤波处理单元的网络连接模式；
[0020] 确定高斯滤波处理单元参数步骤，根据所述采样率需求以及所述带宽需求确定装 置中高斯滤波处理单元的数量以及每个所述高斯滤波处理单元的特定处理带宽；
[0021] 构造高斯滤波处理单元步骤，按照特定的网络连接方式连接由多个有源电路构成 的负电阻和普通正电阻从而构成具有所述特定处理带宽的高斯滤波处理单元；
[0022] 构造装置步骤，基于所述网络连接模式连接所述高斯滤波处理单元从而构成所述 装置。
[0023] 与现有技术相比，使用本发明的装置进行高斯滤波处理，不仅大大提高了处理速 度，而且降低了处理能耗。
[0024] 本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或 优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分 优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。
【附图说明】
[0025] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0026] 图1是根据本发明一实施例的装置结构简图；
[0027] 图2是根据本发明一实施例的装置部分电路简图；
[0028] 图3是根据本发明一实施例的装置部分电路简图；
[0029] 图4是根据本发明一实施例的装置部分电路简图；
[0030] 图5是根据本发明一实施例的方法流程图；
[0031] 图6是根据本发明一实施例的装置部分电路连线示意图；
[0032] 图7是根据本发明一实施例的装置部分电路连线示意图；
[0033] 图8是根据本发明一实施例的装置结构简图。
【具体实施方式】
[0034] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员 可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依 据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施 例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之 内。
[0035] 传统的高斯滤波模块是在图形处理系统内基于软件算法构建。不仅其构建过程会 带来大量计算量，而且在其进行滤波处理时，随着图形数据量的增加，其滤波处理的计算量 也大幅度增加。为了提高图形处理系统的处理能力本发明公开了一种高斯滤波装置及其构 造方法。
[0036] 本发明首先构造特定性能参数的高斯滤波装置。这样在进行图形处理时可以直接 使用构造好的高斯滤波装置，从而省去了传统方法中高斯滤波模块的构建步骤。
[0037] 在现有技术中，图像处理的第一步通常是先将待处理图像的光信号转换为模拟信 号。由于现有技术是采用软件算法进行高斯滤波处理，因此在现有的图像处理系统中需要 将图像模拟信号（电压幅度信号）转变为数字信号。在对图像的数字信号进行高斯滤波时， 首先要针对具体的处理要求利用软件算法构建高斯滤波模块，构建高斯滤波模块的过程不 可避免的产生了大量的计算。为了减少计算量，本发明没有采用软件算法来进行高斯滤波 处理。而是采用有源电阻构建高斯滤波网络，利用高斯滤波网络直接对图像模拟信号（电 压幅度信号进行处理），从而实现高斯滤波。
[0038] 如图1所示，光流探测器101包含多个像素单元102、103、104、105···。像素单元为 光照传感器，其感受光流信号，并将光流信号转换为电压幅度信号。光流探测器101中的每 个像素单元针对待处理图像中的一个像素，其将待处理图像中的每个像素上的光流信号转 变为像素点模拟信号（电压幅度信号）。所有像素点模拟信号共同构成图像模拟信号（信 号150)。装置100直接对信号150进行处理。
[0039] 为了对模拟信号的进行高斯滤波处理，本发明采用了基于硬件方式构造高斯滤波 网络的方法来实现高斯滤波。在本实施例中，利用有源电路实现负电阻，利用负电阻和普通 电阻一起实现高斯滤波电路网络。高斯电路网络利用纯电阻器件实现近似高斯函数曲线， 从而实现滤波应用。
[0040] 本实施例的装置最基本的构成为高斯滤波单元。装置包含多个高斯滤波单元，每 个高斯滤波单元被构造成对待处理图像模拟信号中的一个像素点模拟信号进行特定带宽 下的高斯滤波处理以获取滤波后的像素点模拟信号。将多个高斯滤波单元的高斯滤波网络 按照特定方式连接构成一个大型网络，就可以实现多采样率下的多尺度高斯滤波。
[0041] 在本实施例中，高斯滤波单元由两个普通正电阻和一个负电阻构成，其中负电阻 由有源电路实现。一个高斯滤波电路网络由若干个上述