計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖形圖像處理中的應(yīng)用研究

摘 要：目前，基于CPU（Central Processing Unit，中央處理器）的圖形圖像處理技術(shù)的發(fā)展難以跟上圖形圖像處理算法復(fù)雜度增加的速度。針對(duì)這一問題，本文對(duì)基于GPU（Graphic Processing Unit，圖形處理器）的圖形圖像處理技術(shù)進(jìn)行了研究，即利用CUDA（Compute Unified Device Architecture，統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)）技術(shù)，使用C++語(yǔ)言在GPU上實(shí)現(xiàn)了圖像圖像處理中的彩色負(fù)片處理、高斯模糊處理以及Alpha透明混合處理。實(shí)驗(yàn)表明，本文所實(shí)現(xiàn)的基于GPU的處理技術(shù)能以較短的時(shí)間達(dá)到與基于CPU的處理技術(shù)一樣的效果。

關(guān)鍵詞：CPU；GPU；CUDA；圖形圖像處理

中圖分類號(hào)：TP391.41

雖然CPU的處理能力與運(yùn)算速率一直在翻倍的增長(zhǎng)，但是人們對(duì)圖像的質(zhì)量與用途提出了更多的要求，圖像處理也變得更復(fù)雜?？梢?，CPU難以勝任圖像處理任務(wù)。而GPU的運(yùn)算能力遠(yuǎn)大于CPU，同時(shí)伴隨著CUDA的出現(xiàn)，使得基于GPU的圖形圖像處理進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1.1 GPU技術(shù)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的萌芽階段，圖像處理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，CPU完成能夠勝任。而隨著科技的快速發(fā)展，人們對(duì)圖像的質(zhì)量與用途提出了更多的要求，圖像處理相應(yīng)地變得越來(lái)越復(fù)雜，而CPU的處理能力的增長(zhǎng)難以跟上需求的步伐。為解決這一矛盾，1999年，NVIDIA公司制造了第一塊GPU。

1.2 CUDA方案

以前，程序員通過OpenGL等所提供的相關(guān)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)GPU的操作，這種方式不僅要求程序員具備較高的專業(yè)技能，而且程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜、缺乏靈活性。針對(duì)這一問題，NVIDIA公司給出了CUDA方案。該方案以一種類似于C語(yǔ)言的編程方法和開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)GPU的操作，使得程序員能夠較快地掌握GPU編程。

2 基于GPU的圖形圖像處理的實(shí)現(xiàn)

本文利用編程工具Visual Studio 2010，在NVIDIA公司的Quadro 2000顯卡（CUDA版本為5.0，顯存為1G）上實(shí)現(xiàn)了高斯模糊、Alpha透明以及彩色負(fù)片處理。下面將分別對(duì)三種實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。

2.1 基于GPU的高斯模糊處理的實(shí)現(xiàn)

在高斯模糊處理中，水平方向與垂直方向上的一維變換矩陣是不相關(guān)的，因此就可以把處理任務(wù)分解成多個(gè)相互獨(dú)立的子任務(wù)，然后把這些子任務(wù)同時(shí)交由GPU進(jìn)行并行處理。處理流程為：首先讀取原始圖像，接著利用CUDA所提供的函數(shù)從水平與垂直兩個(gè)方向?qū)υ紙D像的像素進(jìn)行分割，然后把所得到的兩個(gè)子集交由GPU進(jìn)行并行高斯模糊處理，最后把處理結(jié)果進(jìn)行合并，從而完成圖像的高斯模糊處理。

2.2 基于GPU的Alpha透明混合處理

3 結(jié)束語(yǔ)

本文把CUDA與GPU相結(jié)合，對(duì)圖像處理中的高斯模糊處理、透明合并處理以及彩色負(fù)片處理進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：何明華（1980-），女，四川康定人，經(jīng)濟(jì)管理系講師，碩士。

作者單位：四川民族學(xué)院，四川康定 626001