Embed Size (px)
DESCRIPTION
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM. Báo cáo chuyên đề 2:. THỰC HIỆN LỌC NHIỄU ĐỐM CHO ẢNH SIÊU ÂM Y TẾ DÙNG FPGA. GVHD: TS. Lê Chí Thông HVTH: Phạm Thị Trinh. Tên đề tài: thực hiện lọc nhiễu đốm cho ảnh siêu âm y tế dùng FPGA. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Báo cáo chuyên đề 2:
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM
GVHD: TS. Lê Chí ThôngHVTH: Ph m Th Trinhạ ị
THỰC HIỆN LỌC NHIỄU ĐỐM CHO ẢNH SIÊU ÂM Y TẾ
DÙNG FPGA
2
Tên đề tài: thực hiện lọc nhiễu đốm cho ảnh siêu âm
y tế dùng FPGA.
Yêu cầu đề tài: loại bỏ nhiễu đốm trong ảnh siêu âm
nhằm giúp cho chẩn đoán của bác sĩ được chính xác hơn.
Giới hạn: lọc nhiễu dùng matlab, giao tiếp VGA và
hiển thị kết quả lên màn hình(dữ liệu chứa trong ROM, và
SRAM).
3
MỤC LỤC
Tổng quan về lý thuyết
Kết quả
Kết luận và hướng phát triển đề tài
4
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
5
CÁC LOẠI NHIỄU VÀ NHIỄU TRONG ẢNH SIÊU ÂM
Nhiễu cộng : X n = Xg + ŋ
Nhiễu nhân : Xn = Xg . ŋ
Nhiễu xung : chỉ phân bố ở một vài điểm ảnh
Trong đó : ảnh siêu âm y tế gặp hạn chế về kết quả
khi bị nhiễu đốm
6
Có nhiều phương pháp lọc. Song đối với nhiễu
đốm chúng ta có thể dùng một trong hai bộ lọc mang
lại hiệu quả nhất đó là:
- Median
- Modify Hybrid Median
CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC NHIỄU TRONG ẢNH
SIÊU ÂM
7
B1: Lấy các phần tử trong cửa sổ ra mảng một chiều (L phần tử).
B2: Tìm Min của lần lượt các chuỗi con rồi lấy Max: gọi m1 là giá trị này.
B3: Tìm Max của lần lượt các chuỗi con rồi lấy Min: gọi m2 là giá trị tìm được.
B4: Gán giá trị điểm đang xét là trung bình cộng của m1 và m2.
Giá trị lọc gọi là trung vị - được tính theo trung bình cộng: Max của Min và Min của Max.
THUẬT TOÁN BỘ LỌC MEDIAN
8
THUẬT TOÁN BỘ LỌC MODIFY HYBRID MEDIAN
B1: Tìm median MR của các pixels R và pixel trung
tâm C
B2: Tìm maximum MXD của các pixels D và pixel
trung tâm C
B3: Pixel cuối cùng sau xử lý là : M = median { MR,
MXD, C}
9
KẾT QUẢ SO SÁNH HAI BỘ LỌC
Chúng ta so sánh hai bộ lọc với các tiêu chuẩn trên, nhằm chọn ra bộ lọc hiệu quả cho lọc nhiễu đốm trong ảnh siêu âm y tế.
Bộ lọc SRN RSRN RMSE EPF SSI QI
Median 17.2011 29.4170 12.1956 0.2728 0.8185 0.9249
Modify hybrid median 25.8382 37.7046 6.1556 0.9279 1.0000 0.9983
10
MATLAB VÀ KHÁI NIỆM ẢNH TRONG MAT LAB
- Kiểu dữ liệu: Kiểu Single, kiểu Double (phổ biến nhất), kiểu
int8, uint8, int16, …
- Ứng dụng: Matlab được ứng dụng : xử lý tín hiệu số, xử lý
ảnh, …
- Các dạng ảnh: Binary Image, Indexed Image, Grayscale
Image, Truecolor Image.
11
BINARY IMAGE (ẢNH NHỊ PHÂN)
12
INDEXED IMAGE
Gồm một mảng và một ma trận màu
13
GRAYSCALE IMAGE
Grayscale Image: Là một ma trận số, mà giá trị của nó đại
diện cho độ sáng của các pixel ảnh, dữ liệu được lưu ở
double, uint8, or uint16
14
TRUECOLOR IMAGE
+ Truecolor Image:
Là ma trận ảnh dạng
m x n x3 (R,G,B).
Giá trị của pixel
trong mỗi ma trận
được mặc định 8 bits
- ảnh RGB sẽ có độ
phân giải 24 bits.
15
CÔNG NGHỆ FPGA
FPGA được cấu tạo từ 3 thành phần:
- Khối logic
- Mạng kết nối trong có thể lập trình
- Khối I/O.
16
CÔNG NGHỆ FPGA
Thiết kế mạch ở mức cổng logic hoặc mức thanh
ghi, FPGA là thiết bị có khả năng tái cấu hình được ứng
dụng rộng rãi cho việc thiết kế các IC chuyên dụng.
Công nghệ FPGA cho phép thiết kế IC mà không
cần dây chuyền công nghệ chế tạo IC từ những tấm
bán dẫn.
17
TÌM HIỂU VỀ KIT DE2:
- Kit DE2 có nhiều tính năng.
- Khi tổng hợp chương trình – Chương trình
Quartus II sẽ tự động gán chân.
- Trong đề tài ta sử dụng: cổng USB Blaster để
nạp code cho kit DE2, cổng VGA để truyền ảnh lên màn
hình.
18
SƠ ĐỒ KIT DE 2
Các tính năng được cung cấp sẵn trên kit DE2:
19
GIAO TIẾP VGA CHIP VÀ HIỂN THỊ ẢNH TRÊN MÀN HÌNH
(Dữ liệu lưu ở ROM)
20
Giải Thuật khối VGA_DRV
(Dạng sóng)
21
DẠNG SÓNG TÍN HIỆU QUÉT NGANG
H_FRONT = 16;H_SYNC = 96;H_BACK = 48;H_ACT = 640;H_BLANK = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK;H_TOTAL = H_FRONT+H_SYNC+H_BACK+H_ACT;
22
Giải Thuật khối VGA_DRV
(Giải Thuật)
CÔNG THỨC TÍNH ĐỊA CHỈ VGA_ADDR
VGA_ADDR = (b – ( V_count – y))*a + (H_count – x)
Ví Dụ: VGA_addr = (192 - (v_count - 100))*192 + (h_count- 100)
(100; 292) (292; 292)
(292; 100)(100; 100) Khung ảnh (cửa sổ) hiển thị
Đọc ROM
Đưa địa chỉ
Đọc dữ liệu
GIAO TIẾP VỚI ROM: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐỌC ROM
Lưu đồ giải thuật đọc ROM
ROM được chứa sẵn trong FPGA và được tạo thành
từ MegaWizard Plug In Manager
25
GIAO TIẾP VGA CHIP VÀ HIỂN THỊ ẢNH TRÊN MÀN HÌNH
(Dữ liệu lưu ở SRAM)
Thực hiện mạch lọctrên FPGA
1. Giải thuật mạch lọc
2. Sơ đồ thiết kế phần cứng
3. Kết quả thực hiện
26
Giải thuật mạch lọc
27
Sơ đồ thiết kế phần cứng 1/2
28
Sơ đồ thiết kế phần cứng 2/2
29
Giải thuật khối PixelCount
30
PixelCount
Giải thuật khối Load Data
• Tính địa chỉ của các điểm ảnh cần xử lý và 8 điểm ảnh xung quanh.(1)
• Đưa địa chỉ cho Khối “RAM”. • Nhận dữ liệu từ khối RAM store vào tập thanh ghi dịch• Sau khi đã store đủ các giá trị sẽ thông báo tín hiệu
“Loaded” đến khối “Filter”.• Sau khi khối “Filter” xử lý xong sẽ báo về “Done”• Khi nhận được “Done” LoadBuffer sẽ báo “Feedback” về
cho PixelCount
31
Giải thuật khối Filter
• Tính toán giá trị điểm ảnh mới sau xử lý bằng cách nhân data với bộ thông số của mạch lọc.
• Ghi dữ liệu vào SRAM vào địa chỉ cần ghi
32
Data_Collector
• Vì dữ liệu sau Filter là 8bit
• SRAM dữ liệu 16 bit
• Khối Data_Collector được dùng để kết hợp 2 dữ liệu Filter (8bit) liên tiếp thành dữ liệu 16 bit
• Khi có được dữ liệu 16 bit sẽ ghi vào SRAM
33
Khối Display Select
• Đây chỉ là một tín hiệu.• Sau khi xử lý xong pixel cuối cùng Display
Select sẽ được set lên 1• Khi Display Select = 1, Khối VGA_Ctr và
Dispay_Ctr sẽ chiếm bus data để giao tiếp với RAM và SRAM, hiển thị hình ảnh lên VGA
34
Khối VGA_Ctr
• Tạo các tín hiệu để đồng bộ data với VGA Chip, thông qua h_count, v_count
• VGA_Ctr sẽ cung cấp h_count, v_count và nhận được giá trị RGB của điểm ảnh tương ứng
35
Khối Display_Ctr
• Nhận giá trị h_count, v_count từ VGA_Ctr
• Tính toán để chọn lấy dữ liệu từ RAM hay SRAM
• Tính toán giá trị địa chỉ
• Đưa dữ liệu RGB cho VGA_Ctr
36
37
KẾT QUẢ
38
KẾT QUẢ KHI LỌC NHIỄU ĐỐM DÙNG MATLAB
Dùng bộ lọc Median cho kết quả ảnh mịn, nhiễu đốm
gần như biến mất, nhưng độ nét của ảnh không còn như
ảnh gốc. Với bộ lọc Modify hybrid median cho kết quả
không mịn nhưng độ sác nét gần giống với ảnh gốc.
39
KẾT QUẢ KHI LỌC NHIỄU MUỐI TIÊU DÙNG MATLAB
Dùng bộ lọc Median cho kết quả ảnh mịn, nhiễu gần
như biến mất. Với bộ lọc Modify hybrid median cho kết quả
nhiễu vẫn còn rất nhiều.
40
Từ kết quả thu được ta thấy với nhiễu đốm chúng ta
nên dùng bộ lọc Modify hybrid median sẽ hiệu quả hơn.
SO SÁNH KẾT QUẢ KHI LỌC NHIỄU MUỐI TIÊU VÀ NHIỄU ĐỐM
41
GIAO TIẾP VGA CHIP VÀ HIỂN THỊ ẢNH TRÊN MÀN HÌNH
(Dữ liệu lưu ở ROM)
42
GIAO TIẾP VGA CHIP VÀ HIỂN THỊ ẢNH TRÊN MÀN HÌNH
(Dữ liệu lưu ở SRAM)
43
44
45
KẾT LUẬN VÀ
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
46
KẾT LUẬN
- Các loại nhiễu thường gặp: nhiễu cộng, nhiễu
nhân và nhiễu xung. Đặc biệt trong ảnh siêu âm thường
xuất hiện nhiễu đốm ( một dạng của nhiễu cộng, và nhiễu
xuất hiện trên khắp mặt ảnh)
- Để lọc được nhiễu đốm ta thường dùng hai bộ lọc
median và modify hybrid median.
- Dùng Matlab mô phỏng so sánh hai loại nhiễu với
bộ lọc trên để chọn được bộ lọc tối ưu cho lọc nhiễu đốm.
Nhiễu đốm thì dùng bộ lọc modify hybrid median
hiệu quả hơn.
47
KẾT LUẬN
Ngoài ra để lọc nhiễu đốm cho ảnh siêu âm y tế
dùng FPGA trong chuyên đề này đã tiến hành nghiên cứu
về công nghệ FPGA, tính năng của kit DE2.
Thực hiện giao tiếp với VGA chip và hiển thị ảnh
lên mà hình (dữ liệu được chứa trong ROM)
Thực hiện giao tiếp với VGA chip và hiển thị ảnh
lên mà hình (dữ liệu được chứa trong SRAM)
48
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Thực hiện giao tiếp RAM trên kit DE2
- Thực hiện lọc nhiễu đốm cho ảnh siêu âm y
tế dùng FPGA.
49
Cảm ơn sự
lắng nghe của quý Thầy, Cô và các bạn !
Trân trọng kính chào.
