論文研究了基于Bayer格式的CCD原始圖像的顏色插值算法，并將設(shè)計的改進算法應(yīng)用到以FPGA為核心的圖像采集前端。出于對成本和體積的考慮，一般的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)采用單片CCD或CMOS圖像傳感器，然后在感光表面覆蓋一層顏色濾波陣列(CFA)，經(jīng)過CFA后每個像素點只能獲得物理三基色(紅、綠、藍)其中一種分量，形成馬賽克圖像。為了獲得全彩色圖像，就要利用周圍像素點的值近似地計算出被濾掉的顏色分量，稱這個過程為顏色插值。由于當前對圖像采集系統(tǒng)的實時性要求越來越高，業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始廣泛采用FPGA來進行圖像處理，充分發(fā)揮硬件并行運算的速度優(yōu)勢，以求在處理速度和成像質(zhì)量兩方面均達到滿意的效果。。主要的工作內(nèi)容如下:
本文首先介紹了彩色濾波陣列、圖像色彩恢復和插值算法的概念，然后分析和研究了當下常用的顏色插值算法，如雙線性插值算法、加權(quán)系數(shù)法等等，指出了各個算法的特點和不足；接下來針對硬件系統(tǒng)并行運算的特性和實時性處理的要求，結(jié)合其中兩種算法的思路設(shè)計了適用于硬件的改進算法，該算法主要引入了方向標志位的概念以及平滑的邊界仲裁法則來檢測邊界，借鑒利用梯度的三角函數(shù)關(guān)系來判斷邊界方向，通過簡化且適用于硬件的方法計算加權(quán)系數(shù)，從而選擇合適的方向進行插值。
在介紹了FPGA用于圖像處理的優(yōu)勢后，針對FPGA的特點采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細闡述了本文算法的軟件實現(xiàn)過程及所使用到的關(guān)鍵技術(shù)；文章設(shè)計了一個以FPGA為核心的前端圖像采集平臺，并將改進插值算法應(yīng)用到整個系統(tǒng)當中。詳細分析了采集前端的硬件需求，討論了核心芯片的選型和硬件平臺設(shè)計中的注意事項，完成了印制電路板的制作。
文章通過MATLAB仿真得到了量化的性能評估數(shù)據(jù)，并選取幾種算法在硬件平臺上運行，得到了實驗圖片。最后結(jié)合圖片的視覺效果和仿真數(shù)據(jù)對幾種不同算法的效果進行了評估和比較，證明改進的算法對圖像質(zhì)量有所增強，取得了良好的效果。
標簽：
CCD
圖像
插值
算法研究
上傳時間：
2013-06-11
上傳用戶：it男一枚
