CN108269237A - 一种图像滤波装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种图像滤波装置、系统及方法，实现通过结构简单的硬件实现对图像进行线性滤波的目的。其中，所述装置包括：至少M个电阻元件，用于将图像信号进行加权求和，得到滤波信号；M为图像信号的个数；图像信号由对待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息经过数模转换而来，局部图像信息包括待处理像素点的原始像素值以及待处理像素点的邻域像素点的像素值，图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理，至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配，滤波信号被用于进行模数转换得到待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

Description

一种图像滤波装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种图像滤波装置、系统及方法。

背景技术

图像滤波是图像预处理中非常重要的技术，用于提高图像的质量，其处理效果的好坏将直接影响到后续图像处理和分析的有效性和可靠性。通过应用图像滤波技术可以实现的目的有很多，例如用于降低图像的噪声、锐化图像、检测图像边缘等。

线性滤波是图像滤波最基本的方法，基本原理为：对于二维图像的每一个像素点，计算该像素点的像素值及其邻域像素点的像素值分别与卷积核的对应元素的乘积，然后将这些乘积加起来，作为该像素点的像素值。若要实现不同的图像滤波目的，改变所述卷积核即可。

举个例子，参见图1，假设卷积核是一个3*3的矩阵，即原始二维图像f(x,y)中从上到下第二排、从左到右第二列像素点f(2,2)的原始像素值为1，由该像素点以及其邻域像素点构成的3*3矩阵为将该矩阵与卷积核对位相乘相加得到该像素点的处理后的像素值，即f(2,2)＝4×0+0×0+0×0+0×0+0×1+0×1+0×0+0×1+(-4)×2＝-8。原始二维图像的每个像素点都类似处理，最后得到滤波后的二维图像。

由于线性滤波需要对每个像素点都进行对位相乘再求和的计算，当原始二维图像分辨率较高时，运算量较大，效率较低。

为了解决这个问题，现有技术采用FIR(Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应)滤波器来达到对图像进行线性滤波的目的。参见图2，该图为典型的FIR滤波器的结构示意图，所述FIR滤波器包括延迟器、乘法器和加法器。在该图中，X(n)为原始图像的像素输入序列，y(n)为滤波后图像的像素输出序列，h(0)、h(1)、h(2)…h(n)为卷积核的各个数值。为了达到与卷积核对位相乘再求和的目的，所述像素输入序列的各个像素值与卷积核的各个数值对应。

现有技术通过延迟器、乘法器和加法器这些硬件来实现图像滤波的目的，相对于采用软件计算的方式，有效提高了滤波效率。

发明内容

现有技术采用FIR滤波器虽然能够实现对图像进行线性滤波的目的，且运算速率较高，但硬件结构复杂。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种图像滤波装置、系统及方法，实现通过结构简单的硬件对图像进行线性滤波的目的。

本发明实施例提供了一种图像滤波装置，所述装置包括：

至少M个电阻元件，用于将图像信号进行加权求和，得到滤波信号；

所述M为图像信号的个数；

所述图像信号由对待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息经过数模转换而来，所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理，所述至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配，所述滤波信号被用于进行模数转换得到待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

可选的，所述至少M个电阻元件的正极分别用于接收与各自对应的图像信号，所述至少M个电阻元件的负极耦合在一起，以输出所述滤波信号。

可选的，所述至少M个电阻元件包括第一电阻元件、第二电阻元件和其他电阻元件，所述第一电阻元件的正极接收的图像信号与所述第二电阻元件的正极接收的图像信号为同一个图像信号；

所述装置还包括：减法单元，用于将流经第一电阻元件的图像信号与流经第二电阻元件的图像信号相减。

可选的，所述减法单元的第一输入端连接所述第一电阻元件的负极，所述减法单元的第二输入端连接所述第二电阻元件的负极，所述减法单元的输出端与其他电阻元件的负极耦合在一起，以输出所述滤波信号。

可选的，所述减法单元的第一输入端连接所述第一电阻元件的负极和所述其他电阻元件的负极，所述减法单元的第二输入端连接所述第二电阻元件的负极，所述减法单元的输出端输出所述滤波信号。

可选的，所述装置还包括：

电压获取单元，用于获取所述滤波信号的电压。

可选的，所述电压获取单元包括：

与耦合在一起的所述至少M个电阻元件的负极连接的电阻，所述电阻的阻值根据所述滤波卷积核以及所述至少M个电阻元件的阻值得到。

可选的，所述电阻元件包括：

固定电阻和/或可变电阻。

可选的，所述可变电阻包括：

忆阻器、滑动变阻器和/或光敏电阻。

本发明实施例还提供了一种图像滤波系统，所述系统包括所述图像滤波装置、图像信号生成单元以及图像获取单元；所述图像生成单元与所述图像滤波装置连接，所述图像滤波装置与所述图像获取单元连接；

所述图像信号生成单元，用于获取所述待处理图像，并将所述待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息转换为所述图像信号；

所述图像获取单元，用于对所述滤波信号进行模数转换，得到所述待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

可选的，若所述至少M个电阻元件包括可变电阻，则所述系统还包括：

阻值调节单元，用于根据环境感知结果和/或所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值。

可选的，所述系统还包括：

光线亮度获取单元，用于获取第一目标对象的周围环境的光线亮度；

所述阻值调节单元，具体用于根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像的亮度与所述周围环境的光线亮度相适应。

可选的，所述阻值调节单元，具体用于：

若所述光线亮度小于或等于阈值，则降低所述可变电阻的阻值。

可选的，所述系统还包括：

运动状态获取单元，用于获取第二目标对象的运动状态；

所述阻值调节单元，具体用于根据所述运动状态调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像适应所述第二目标的运动状态。

可选的，所述阻值调节单元，具体用于：

调节所述可变电阻的阻值，以降低所述滤波后图像的噪声。

可选的，所述阻值调节单元，具体用于：

调节所述可变电阻的阻值，以锐化所述滤波后图像的边界。

可选的，所述阻值调节单元，具体用于：

调节所述可变电阻的阻值，以对所述待处理图像进行高斯滤波或均值滤波。

本发明实施例还提供了一种图像滤波方法，所述方法包括：

获取待处理图像，并将所述待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息进行数模转换，得到图像信号；所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理；

将所述图像信号分别输入到对应的至少M个电阻元件中，以对所述图像信号进行加权求和，得到滤波信号，所述M为图像信号的个数，所述至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配；

对所述滤波信号进行模数转换，得到所述待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

可选的，所述将所述图像信号分别输入到至少M个电阻元件中，以对所述图像信号进行加权求和包括：

将所述图像信号分别输入到所述至少M个电阻元件的正极，并将所述至少M个电阻元件的负极输出的信号合并，以实现对所述图像信号进行加权求和。

可选的，所述至少M个电阻元件包括第一电阻元件、第二电阻元件和其他电阻元件；所述图像信号包括第一图像信号和其他图像信号；

所述将所述图像信号分别输入到至少M个电阻元件中包括：

将所述第一图像信号分别输入到所述第一电阻元件的正极和所述第二电阻元件的正极，并将所述第一电阻元件的负极输出的信号与所述第二电阻元件的负极输出的信号作差，以实现对所述第一图像信号进行加权；

将其他图像信号分别对应输入到所述其他电阻元件的正极，以实现对所述其他图像信号的加权；

将作差后的信号与所述其他电阻元件的负极输出的信号进行合并，以实现对所述图像信号进行求和。

可选的，所述至少M个电阻元件包括：

固定电阻和可变电阻。

可选的，所述可变电阻包括：

忆阻器、滑动变阻器和/或光敏电阻。

可选的，若所述至少M个电阻元件包括可变电阻，则所述方法还包括：

根据环境感知结果和/或所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值。

可选的，所述根据环境感知结果调节所述可变电阻的阻值包括：

获取第一目标对象的周围环境的光线亮度，根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像的亮度与所述周围环境的光线亮度相适应。

可选的，所述根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值包括：

若所述光线亮度小于或等于阈值，则降低所述可变电阻的阻值。

可选的，所述根据环境感知结果调节所述可变电阻的阻值包括：

获取第二目标对象的运动状态，根据所述运动状态调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像适应所述第二目标的运动状态。

可选的，所述根据所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值包括：

调节所述可变电阻的阻值，以降低所述滤波后图像的噪声。

可选的，所述根据所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值包括：

调节所述可变电阻的阻值，以锐化所述滤波后图像的边界。

由上述技术方案可以看出，相较于现有技术，本发明实施例通过至少M个电阻元件就实现了对所述待处理图像进行线性滤波的目的，硬件结构比现有技术更加简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为线性滤波的原理图；

图2为现有技术中FIR滤波器的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种图像滤波装置的结构示意图；

图4为本发明实施例一中电压获取单元的其中一种实现方式的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的图像滤波装置的其中一种结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的图像滤波装置的另一种结构示意图；

图7为本发明实施例三提供的图像滤波系统的结构示意图；

图8为本发明实施例四提供的图像滤波方法的流程图。

具体实施方式

现有技术采用若干个延迟器、乘法器和加法器组成的FIR滤波器，来对原始图像的像素输入序列进行对位相乘相加，虽然达到了对原始图像进行线性滤波的目的，但是具有硬件结构复杂的缺点。

为了克服上述技术问题，本发明实施例提供一种图像滤波装置，所述装置包括至少M个电阻元件，用于将图像信号进行加权求和，得到滤波信号，所述M为图像信号的个数。

所述图像信号由对待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息经过数模转换而来，所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理，所述至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配，所述滤波信号被用于进行模数转换得到待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

相较于现有技术，本发明实施例采用至少M个电阻元件就实现了对所述待处理图像进行线性滤波的目的，可见硬件结构比现有技术更加简单。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参见图3，该图为本发明实施例一提供的一种图像滤波装置的结构示意图。

本实施例提供的图像滤波装置包括：至少M个电阻元件101，用于将图像信号进行加权求和，得到滤波信号。

至少M个电阻元件101的正极分别用于接收与各自对应的图像信号，负极耦合在一起，以输出所述滤波信号。电阻元件101的正极是指图像信号输入到电阻元件101的一极，电阻元件的负极是指图像信号输出电阻元件101的一极。

在本实施例中，所述至少M个电阻元件中的M等于所述图像信号的个数。所述图像信号由对待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息经过数模转换而来，所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，经过数模转换的图像信号属于模拟信号。所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理。

参见图3，V₁₁、V₁₂、…、V_mm分别表示加载至少M个电阻元件101的M个图像信号的电压，g₁₁、g₁₂、…、g_mm分别表示至少M个电阻元件101的电导(电导＝1/电阻)，那么滤波信号的电流I_out＝V₁₁*g₁₁+V₁₂*g₁₂+...+V_mm*g_mm，从推导可以看出滤波信号的电流与输入的图像信号的电压以及电阻元件的电导之间的关系为乘加的关系，这恰好符合线性滤波的计算过程。

以图1为例，假设待处理图像f(x,y)中从上到下第二排、从左到右第二列的像素点f(2,2)为待处理像素点，且滤波卷积核是一个3*3的矩阵那么待处理像素点f(2,2)的局部图像信息也为3*3的矩阵，即该矩阵一共有9个元素，经过数模转换之后，可以形成一一对应的9个图像信号，每个图像信号分别对应该矩阵中的一个元素。接下来，选择与滤波卷积核的有效元素匹配的图像信号输入到至少M个电阻元件101中。所述滤波卷积核的有效元素可以定义为滤波卷积核的所有元素，也可以定义为值不等于0的元素。就该例子而言，若有效元素为滤波卷积核的所有元素，那么M＝9；若有效元素为滤波卷积核的非零元素，那么M＝2。

参见图3，V₁₁、V₁₂、…、V_mm分别表示输入至少M个电阻元件101的各个图像信号的电压。在图3的例子中，若输入9个图像信号，那么所述V₁₁、V₁₂、…、V_mm就是9个值，每个电压值分别与各自的局部图像信息对应，例如，与V₁₁对应的是第一排第一列的元素0，与V₂₃对应的是第二排第三列的元素1，与V₃₃对应的是第三排第三列的元素2；若输入2个图像信号，那么对应的两个电压值分别为V₁₁和V₃₃。

当然，所述滤波卷积核还可以是其他维数的矩阵，例如5*5的矩阵，本领域技术人员可以根据图像滤波的目的自行设置。

在本实施例中，因为图像信号经过至少M个电阻元件101相当于对所述图像信号进行加权，因此电阻元件101的阻值要与滤波卷积核中有效元素的值(即图像信号的权值)相匹配。一般情况下，当有效元素的值为正值时，一个有效元素的值对应一个电阻元件101。但是，若某个有效元素的值太高而导致无法仅用一个电阻元件101来实现，那么就需要采用多个电阻元件101，通过串联或并联的方式来接收同一个图像信号，这个时候，电阻元件101的个数大于M。

所述图像信号经过至少M个电阻元件101被加权，因为至少M个电阻元件101的负极耦合在一起输出，所以相当于对这些加权后的信号进行求和，从而得到滤波信号。同图像信号一样，滤波信号也属于模拟信号，为了得到滤波后图像，需要将滤波信号经过模数转换，得到与滤波信号对应的待处理像素点的处理后像素值，从而根据处理后像素值形成滤波后图像。在实际应用中，可以在得到与待处理像素点的处理后像素值后，将该处理后像素值缓存起来，当待处理图像中所有待处理像素点的原始像素值都被处理过后，根据缓存中存储的处理后像素值得到滤波后图像。

此外，图3中信号输出端输出的是电流值，若要检测电流，需要将测量电流的器件串联到信号输出端。可选的，所述装置还包括与所述信号输出端连接的电压获取单元，用于获取滤波信号的电压，也就是说能够将所述滤波信号由电流转换为电压。

所述电压获取单元可以仅由一个与耦合在一起的所述至少M个电阻元件的负极连接的电阻构成，也可以除了电阻还包括放大元件。所述电阻的阻值根据所述滤波卷积核以及所述至少M个电阻元件的阻值得到。在实际应用中可以通过将电压表的两端连接在电阻102的两端，就可以测出所述滤波信号的电压V_out。电阻102的阻值根据滤波卷积核以及至少M个电阻元件101的阻值得到，也就是说，电阻102的电导与至少M个电阻元件101的电导的关系需要符合滤波要求。

参见图4，该图给出了包括放大元件和电阻的电压获取单元的实现方式，在该实现方式中，电压获取单元包括电阻102和放大元件103，电阻102的两端分别连接所述放大元件103的输入端和输出端，放大元件103的输入端连接耦合在一起的至少M个电阻元件101的负极，放大元件103的输出端输出滤波信号。

举个例子，假设本实施例提供的图像滤波装置要对所述待处理图像进行均值滤波。均值滤波是指将待处理像素点的局部图像信息的像素均值作为待处理像素点的处理后像素值，该方法也叫邻域平均滤波法。均值滤波的滤波卷积核的每个元素均相同(但不为零)，例如3*3滤波卷积核可以为均值滤波适用于对图像进行降噪，该算法的优点是算法简单，计算速度快；缺点是在降低噪声的同时使图像产生模糊，特别是景物的边缘和细节。

进行均值滤波的至少M个电阻元件101的电导g₁₁、g₁₂、…、g_mm与电阻102的电导g_s具有如下关系：

g₁₁＝g₁₂＝...＝g_mm＝g₀且g_s＝m²g₀。

其中m为滤波卷积核的维度，若滤波卷积核为3*3，那么m＝3。

此时，滤波信号的电压V_out为：

V_out＝(V₁₁*g₁₁+V₁₂*g₁₂+...+V_mm*g_mm)/g_s

＝(V₁₁+V₁₂+...+V_mm)g₀/m²g₀

＝(V₁₁+V₁₂+...+V_mm)/m²

再举个例子，假设本实施例提供的图像滤波装置要对所述待处理图像进行高斯滤波。高斯滤波的滤波卷积核中所有元素不都相同，且都不为零。高斯滤波是一种线性平滑滤波，适用于消除高斯噪声，广泛应用于图像处理的减噪过程。高斯平滑滤波器对于抑制服从正态分布的噪声非常有效。

假设滤波卷积核为3*3的矩阵，那么进行高斯滤波的至少M个电阻元件101的电导g₁₁、g₁₂、…、g_mm与电阻102的电导g_s具有如下关系：

g₁₁＝g₁₃＝g₃₁＝g₃₃＝g₀

g₁₂＝g₂₁＝g₂₃＝g₃₂＝2g₀

g₂₂＝4g₀

g_s＝16g₀

此时，滤波信号的电压V_out为：

V_out＝(V₁₁*g₁₁+V₁₂*g₁₂+...+V₃₃*g₃₃)/g_s

＝[(V₁₁+V₁₃+V₃₁+V₃₃)+2(V₁₂+V₂₁+V₂₃+V₃₂)+4V₂₂]g₀/16g₀

＝[(V₁₁+V₁₃+V₃₁+V₃₃)+2(V₁₂+V₂₁+V₂₃+V₃₂)+4V₂₂]/16

当然，可以理解的是，常见的滤波方式并不局限于上述两种，也可以为其他的滤波形式。当常见滤波方式不能满足需求时，可以根据用户需求，自定义滤波卷积核，从而实现任意加权求和的滤波。

在自定义滤波卷积核的情况下，至少M个电阻元件101的电导g₁₁、g₁₂、…、g_mm与电阻102的电导g_s可以具有如下关系：

g_s＝g₀；

g₁₁、g₁₂、…、g_mm分别为滤波卷积核对应元素的g₀倍。

此时，信号输出端输出的电压V_out为：

V_out＝(V₁₁*g₁₁+V₁₂*g₁₂+...+V_mm*g_mm)/g_s

＝V₁₁*g₁₁/g₀+V₁₂*g₁₂/g₀+...+V_mm*g_mm/g₀

当然，图4的实现方式并不构成对电压获取单元的限定，只要能用于获取电压的而其他连接关系都在本发明的保护范围之内。

实施例二

在实施例一中，滤波卷积核的元素不为负值，滤波信号的电流等于流经至少M个电阻元件的各分支电流之和，经过电压获取单元后，滤波信号的电压等于图像信号的输入电压的加权求和。但是有的滤波卷积核中的元素存在负值的情况，例如用于锐化图像的滤波卷积核本实施例提供一种图像滤波装置，以适用滤波卷积核为负数的情况。

参见图5或图6，该图为本发明实施例二提供的图像滤波装置的结构示意图。

本实施例提供的图像滤波装置包括：

至少M个电阻元件201，用于将图像信号进行加权求和，得到滤波信号。关于所述图像信号的介绍参见实施例一，此处不再赘述。

其中，至少M个电阻元件201包括第一电阻元件2011和第二电阻元件2012。第一电阻元件2011的正极接收的图像信号与第二电阻元件2012的正极接收的图像信号为同一个图像信号。

本实施例提供的图像滤波装置还包括：减法单元202，用于将流经第一电阻元件2011的图像信号与流经第二电阻元件2012的图像信号相减。

图5为减法单元202的其中一种可能的连接方式，即减法单元202的第一输入端连接第一电阻元件2011的负极，减法单元202的第二输入端连接第二电阻元件2012的负极，减法单元202的输出端与其他电阻元件2013的负极耦合在一起，以输出滤波信号。

图6为减法单元202的另一种可能的连接方式，即减法单元202的第一输入端连接第一电阻元件2011的负极和其他电阻元件2013的负极，减法单元202的第二输入端连接第二电阻元件2012的负极，减法单元202的输出端输出滤波信号。

对于图5而言，滤波信号的电流I_out＝V₁₁*g₁₁+V₁₂*(g₁₂-g₁'₂)+...+V_mm*g_mm；对于图6而言，滤波信号的电流I_out＝(V₁₁*g₁₁+V₁₂*g₁₂+...+V_mm*g_mm)-V₁₂*g₁'₂。其中，g₁₂为第一电阻元件2011的电导，g₁'₂为第二电阻元件2012的电导，V₁₂为加载第一电阻元件2011和第二电阻元件2012的图像信号的电压。g₁₁、g_mm为其他电阻元件2013的电导，V₁₁、V_mm为其分别对应的图像信号的电压。

不管采用哪种连接方式，当第一电阻元件2011的电导g₁₂小于第二电阻元件2012的电导g₁'₂时，二者相减为负，满足对应的滤波卷积核中的元素为负的情况。

当然，可以理解的是，本实施例仅以滤波卷积核中存在一个负值为例进行介绍，若存在多个负值，则解决手段类似，本实施例不再赘述。

基于以上实施例提供的图像滤波装置，本发明实施例还提供一种图像滤波系统，下面结合附图来详细说明其工作原理。

实施例三

参见图7，该图为本发明实施例三提供的图像滤波系统的结构示意图。

本实施例提供的图像滤波系统包括：图像信号生成单元31、实施例一或实施例二提供的图像滤波装置32，以及图像获取单元33。图像生成单元31与图像滤波装置32连接，图像滤波装置32与图像获取单元33连接。

图像信号生成单元31，用于获取所述待处理图像，并将所述待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息转换为所述图像信号；

图像获取单元33，用于对所述滤波信号进行模数转换，得到所述待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

对图像滤波装置32的介绍参见实施例一和实施例二，此处不再赘述。

相较于现有技术，本发明实施例采用至少M个电阻元件就实现了对所述待处理图像进行线性滤波的目的，可见硬件结构比现有技术更加简单。

在本实施例中，至少M个电阻元件包括固定电阻和/或可变电阻。固定电阻是指阻值固定的电阻；可变电阻是指阻值可以改变的电阻，例如忆阻器、滑动变阻器、光敏电阻等。

忆阻器(memristor)又称记忆电阻，忆阻器的阻值取决于流过的电荷，让电荷以一个方向流过，阻值会增加；如果让电荷以相反的方向流过，阻值会减小。当忆阻器没有电荷流过时，阻值就固定下来了。

滑动变阻器的工作原理是通过调节滑动变阻器的滑片，改变接入电路部分的电阻线的长度来达到改变阻值的目的。

光敏电阻是指随着光照变化阻值相应变化的电阻器，光照越强，阻值越低；光照越弱，阻值越高。

当至少M个电阻元件包括可变电阻时，可选的，本实施例的图像滤波系统还包括阻值调节单元34，用于根据环境感知结果和/或所述滤波后图像的滤波效果调节可变电阻的阻值。

所谓对环境的感知可以是对第一目标对象的周围环境光线亮度的感知，或者是对第二目标对象的运动状态的感知等等，本发明不做具体限定，第一目的对象和第二目的对象可以相同也可以不同，可以是某个设备，也可以是某个人、某个动物等。

首先举个关于环境感知的例子，若本实施例提供的图像滤波系统应用在手机、电脑、ipad等终端设备上时，可以根据这些终端设备周围环境的光线亮度适当的调整滤波后图像的亮度，以与周围环境的光线亮度相适应。所谓相适应的含义应当依据具体应用场景而定。例如在用户需要看清楚图像的场景下，当周围环境的光线亮度较低时，将滤波后图像的亮度调高一些，以使该滤波后图像能够被看的更清楚一些。再例如，在睡眠模式下，当周围环境的光线亮度较低时，需要将滤波后的图像亮度调低一些，以使用户在看到后能够较快的进入睡眠状态。

下面再举个关于运动状态感知的例子。当终端设备处于非静止状态时，利用该终端设备的摄像头或照相机等图像获取装置来捕捉图像，得到的图像可能会存在噪声或图像模糊的现象。终端设备的运动速度越大，图像模糊程度越厉害。因此，可以根据这些终端设备的运动状态来适当的对滤波后图像进行去模糊。

实现对图像的亮度进行调节或者是对图像进行降噪或锐化，关键在于滤波卷积核的设置，当滤波卷积核的元素变化时，相应的，就需要调节可变电阻的阻值。

可选的，图像滤波系统还包括：

光线亮度获取单元，用于获取第一目标对象的周围环境的光线亮度；

阻值调节单元34，具体用于根据所述光线亮度调节可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像的亮度与所述周围环境的光线亮度相适应。

可变电阻的阻值与滤波后图像的亮度成负相关关系，即可变电阻的阻值越大，滤波后图像的亮度越低；可变电阻的阻值越小，滤波后图像的亮度越高。

因而，可选的，阻值调节单元34，具体用于：

若所述光线亮度小于或等于阈值，则降低可变电阻的阻值。

可选的，图像滤波系统还包括：

运动状态获取单元，用于获取第二目标对象的运动状态；

阻值调节单元34，具体用于：根据所述运动状态调节可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像适应所述第二目标的运动状态。

可以理解的是，上述两种环境感知的情景并不是对本发明的限定，本领域技术人员还可以根据实际的其他环境感知需求来对可变电阻的阻值进行调整。

此外，为了实现对根据环境感知结果来调节可变电阻的阻值，本实施例的图像滤波系统还可以包括环境感知模块，环境感知模块用于感知第一目的对象的周围环境，若需要感知周围光线，那么环境感知模块可以是光敏传感器；若需要感知第二目的对象的运动状态，则环境感知模块可以是速度传感器、加速度传感器、九轴传感器等。环境感知模块可以周期性的检测到的环境感知结果，并发送到阻值调节单元34，或者根据感知到的环境变化触发式的发送。环境感知模块发送的内容，可以直接是感知到的环境变化数值，也可以是感知的结果，例如是否需要改变阻值，以及将阻值改变多少。

阻值调节单元34，除了用于根据环境感知结果调节可变电阻的阻值，还可以用于根据滤波后图像的滤波效果来调节阻值。也就是说，通过对滤波后图像的滤波效果进行分析，得到反馈信息，可变电阻的阻值根据该反馈信息进行调整。

例如，若发现滤波后图像的噪声较大，则可以通过阻值调节单元34调节可变电阻的阻值，以降低所述滤波后图像的噪声。若发现滤波后图像较为模糊，则可以通过阻值调节单元34可以调节可变电阻的阻值，以锐化所述滤波后图像的边界。

本实施例在至少M个电阻元件包括可变电阻时，通过阻值调节单元34实现调节可变电阻阻值的目的。

另外，需要注意的是，当可变电阻的阻值被调节过后，在流经图像信号时其阻值需要基本保持不变。所以，当可变电阻为忆阻器时，需要将调节忆阻器阻值所使用的电压信号与图像信号区分开来。一般来说，忆阻器的编程电压和读写电压均分别有相应的范围，编程电压用于调节忆阻器的阻值，读写电压在本实施例中为图像信号的电压。不同材料规格的忆阻器的编程电压一般在50v-0.1v范围内，读写电压一般在5-0.01v范围内。同一个忆阻器的编程电压和读写电压的范围不交叉。

基于以上实施例提供的图像滤波装置和系统，本发明实施例还提供一种图像滤波方法，下面结合附图来详细说明其工作原理。

实施例四

参见图8，该图为本发明实施例四提供的图像滤波方法的流程图。

本实施例提供的图像滤波方法包括如下步骤：

步骤S401：获取待处理图像，并将所述待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息进行数模转换，得到图像信号；所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理。

步骤S402：将所述图像信号分别输入到对应的至少M个电阻元件中，以对所述图像信号进行加权求和，得到滤波信号，所述M为图像信号的个数，所述至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配。

步骤S403：对所述滤波信号进行模数转换，得到所述待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

相较于现有技术，本实施例采用至少M个电阻元件就实现了对所述待处理图像进行线性滤波的目的，可见硬件结构比现有技术更加简单。

可选的，所述将所述图像信号分别输入到至少M个电阻元件中，以对所述图像信号进行加权求和包括：

将所述图像信号分别输入到所述至少M个电阻元件的正极，并将所述至少M个电阻元件的负极输出的信号合并，以实现对所述图像信号进行加权求和。

可选的，所述至少M个电阻元件包括第一电阻元件、第二电阻元件和其他电阻元件；所述图像信号包括第一图像信号和其他图像信号；

所述将所述图像信号分别输入到至少M个电阻元件中包括：

将所述第一图像信号分别输入到所述第一电阻元件的正极和所述第二电阻元件的正极，并将所述第一电阻元件的负极输出的信号与所述第二电阻元件的负极输出的信号作差，以实现对所述第一图像信号进行加权；

将其他图像信号分别对应输入到所述其他电阻元件的正极，以实现对所述其他图像信号的加权；

将作差后的信号与所述其他电阻元件的负极输出的信号进行合并，以实现对所述图像信号进行求和。

可选的，所述至少M个电阻元件包括：

固定电阻和可变电阻。

可选的，所述可变电阻包括：

忆阻器、滑动变阻器和/或光敏电阻。

可选的，若所述至少M个电阻元件包括可变电阻，则所述方法还包括：

根据环境感知结果和/或所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值。

可选的，所述根据环境感知结果调节所述可变电阻的阻值包括：

获取第一目标对象的周围环境的光线亮度，根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像的亮度与所述周围环境的光线亮度相适应。

可选的，所述根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值包括：

若所述光线亮度小于或等于阈值，则降低所述可变电阻的阻值。

可选的，所述根据环境感知结果调节所述可变电阻的阻值包括：

获取第二目标对象的运动状态，根据所述运动状态调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像适应所述第二目标的运动状态。

可选的，所述根据所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值包括：

调节所述可变电阻的阻值，以降低所述滤波后图像的噪声。

可选的，所述根据所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值包括：

调节所述可变电阻的阻值，以锐化所述滤波后图像的边界。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质可以是下述介质中的至少一种：只读存储器(英文：read-only memory，缩写：ROM)、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (28)

1.一种图像滤波装置，其特征在于，所述装置包括：

至少M个电阻元件，用于将图像信号进行加权求和，得到滤波信号；

所述M为图像信号的个数；

所述图像信号由对待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息经过数模转换而来，所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理，所述至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配，所述滤波信号被用于进行模数转换得到待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少M个电阻元件的正极分别用于接收与各自对应的图像信号，所述至少M个电阻元件的负极耦合在一起，以输出所述滤波信号。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少M个电阻元件包括第一电阻元件、第二电阻元件和其他电阻元件，所述第一电阻元件的正极接收的图像信号与所述第二电阻元件的正极接收的图像信号为同一个图像信号；

所述装置还包括：减法单元，用于将流经第一电阻元件的图像信号与流经第二电阻元件的图像信号相减。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述减法单元的第一输入端连接所述第一电阻元件的负极，所述减法单元的第二输入端连接所述第二电阻元件的负极，所述减法单元的输出端与其他电阻元件的负极耦合在一起，以输出所述滤波信号。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述减法单元的第一输入端连接所述第一电阻元件的负极和所述其他电阻元件的负极，所述减法单元的第二输入端连接所述第二电阻元件的负极，所述减法单元的输出端输出所述滤波信号。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电压获取单元，用于获取所述滤波信号的电压。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压获取单元包括：

与耦合在一起的所述至少M个电阻元件的负极连接的电阻，所述电阻的阻值根据所述滤波卷积核以及所述至少M个电阻元件的阻值得到。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻元件包括：

固定电阻和/或可变电阻。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述可变电阻包括：

忆阻器、滑动变阻器和/或光敏电阻。

10.一种图像滤波系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1至9任意一项所述的图像滤波装置、图像信号生成单元以及图像获取单元；所述图像生成单元与所述图像滤波装置连接，所述图像滤波装置与所述图像获取单元连接；

所述图像信号生成单元，用于获取所述待处理图像，并将所述待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息转换为所述图像信号；

所述图像获取单元，用于对所述滤波信号进行模数转换，得到所述待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，若所述至少M个电阻元件包括可变电阻，则所述系统还包括：

阻值调节单元，用于根据环境感知结果和/或所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

光线亮度获取单元，用于获取第一目标对象的周围环境的光线亮度；

所述阻值调节单元，具体用于根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像的亮度与所述周围环境的光线亮度相适应。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述阻值调节单元，具体用于：

若所述光线亮度小于或等于阈值，则降低所述可变电阻的阻值。

14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

运动状态获取单元，用于获取第二目标对象的运动状态；

所述阻值调节单元，具体用于根据所述运动状态调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像适应所述第二目标的运动状态。

15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述阻值调节单元，具体用于：

调节所述可变电阻的阻值，以降低所述滤波后图像的噪声。

16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述阻值调节单元，具体用于：

调节所述可变电阻的阻值，以锐化所述滤波后图像的边界。

17.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述阻值调节单元，具体用于：

调节所述可变电阻的阻值，以对所述待处理图像进行高斯滤波或均值滤波。

18.一种图像滤波方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待处理图像，并将所述待处理图像中与待处理像素点对应的局部图像信息进行数模转换，得到图像信号；所述局部图像信息包括所述待处理像素点的原始像素值以及所述待处理像素点的邻域像素点的像素值，所述图像信号的个数与滤波卷积核中有效元素的个数匹配，所述滤波卷积核用于对所述待处理图像进行滤波处理；

将所述图像信号分别输入到对应的至少M个电阻元件中，以对所述图像信号进行加权求和，得到滤波信号，所述M为图像信号的个数，所述至少M个电阻元件的阻值与所述滤波卷积核中的有效元素相匹配；

对所述滤波信号进行模数转换，得到所述待处理像素点的处理后像素值，从而得到滤波后图像。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述将所述图像信号分别输入到至少M个电阻元件中，以对所述图像信号进行加权求和包括：

将所述图像信号分别输入到所述至少M个电阻元件的正极，并将所述至少M个电阻元件的负极输出的信号合并，以实现对所述图像信号进行加权求和。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述至少M个电阻元件包括第一电阻元件、第二电阻元件和其他电阻元件；所述图像信号包括第一图像信号和其他图像信号；

所述将所述图像信号分别输入到至少M个电阻元件中包括：

将所述第一图像信号分别输入到所述第一电阻元件的正极和所述第二电阻元件的正极，并将所述第一电阻元件的负极输出的信号与所述第二电阻元件的负极输出的信号作差，以实现对所述第一图像信号进行加权；

将其他图像信号分别对应输入到所述其他电阻元件的正极，以实现对所述其他图像信号的加权；

将作差后的信号与所述其他电阻元件的负极输出的信号进行合并，以实现对所述图像信号进行求和。

21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少M个电阻元件包括：

固定电阻和可变电阻。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述可变电阻包括：

忆阻器、滑动变阻器和/或光敏电阻。

23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，若所述至少M个电阻元件包括可变电阻，则所述方法还包括：

根据环境感知结果和/或所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述根据环境感知结果调节所述可变电阻的阻值包括：

获取第一目标对象的周围环境的光线亮度，根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像的亮度与所述周围环境的光线亮度相适应。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述根据所述光线亮度调节所述可变电阻的阻值包括：

若所述光线亮度小于或等于阈值，则降低所述可变电阻的阻值。

26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述根据环境感知结果调节所述可变电阻的阻值包括：

获取第二目标对象的运动状态，根据所述运动状态调节所述可变电阻的阻值，以使所述滤波后图像适应所述第二目标的运动状态。

27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述根据所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值包括：

调节所述可变电阻的阻值，以降低所述滤波后图像的噪声。

28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述根据所述滤波后图像的滤波效果调节所述可变电阻的阻值包括：

调节所述可变电阻的阻值，以锐化所述滤波后图像的边界。