發(fā)布時間：2018-05-30 12:43

  本文選題：FPGA + 亮度評估��； 參考：《廣東工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著科技的不斷創(chuàng)新與快速發(fā)展,視頻圖像系統(tǒng)作為人類認(rèn)識與探索的重要信息源頭已經(jīng)遍布各個學(xué)科與領(lǐng)域。然而,在弱光或光照不均的環(huán)境下圖像系統(tǒng)輸出的視頻信息具有躁點大、對比度低、灰度偏暗和灰度動態(tài)范圍收縮等缺點。通過引入圖像增強(qiáng)技術(shù),能夠有效地恢復(fù)和完善視頻信息。有針對性的圖像增強(qiáng)處理,能很大程度上提高視頻圖像的質(zhì)量,以便于人眼觀察與可利用信息的提取。但是實時的視頻圖像處理信息量較大,信號轉(zhuǎn)換時序復(fù)雜等特點對視頻圖像系統(tǒng)的硬件要求比較高,且單純依靠軟件難以滿足視頻圖像的實時處理。FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列,以并行運算為主,在速度和性能上是MCU與DSP無法比擬的。作為用戶可編程的數(shù)字集成電路,由于它具有速度快、性能強(qiáng)、穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點,使其在圖像處理上應(yīng)用日益廣泛。本文深入研究圖像增強(qiáng)算法的理論基礎(chǔ)和實際應(yīng)用,通過對Retinex原理和Gamma校正等圖像處理的理論知識作深入理解和探索,并分別對各圖像算法和FPGA自身的特點進(jìn)行系統(tǒng)性的考量和可實行性的分析,進(jìn)而制定出了一個基于Retinex亮度評估下的自適應(yīng)Gamma校正的實時夜間圖像增強(qiáng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)系統(tǒng)不能同時滿足亮度過暗和光照不均等特殊場景下的圖像增強(qiáng)。與傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)系統(tǒng)不一樣,本文采用的算法具有自適應(yīng)能力。針對實際場景中亮度的不同,該算法首先通過Retinex原理進(jìn)行亮度評估,再根據(jù)評估后的亮度以自我調(diào)節(jié)Gamma參數(shù)的方式對圖像像素實現(xiàn)高效的Gamma校正增強(qiáng),最終達(dá)到大幅度提高圖像可讀性的目標(biāo)。在實現(xiàn)的過程中,由于FPGA在Gamma校正的指數(shù)冪運算處理能力上存在一定局限。本文以消耗FPGA的內(nèi)部資源為代價,通過查找表二次映射的方法有效代替了Gamma指數(shù)的仲裁與基于Gamma校正的指數(shù)冪運算,從而深度優(yōu)化圖像處理模塊的設(shè)計,以提高系統(tǒng)的整體運算速度。最后借助基于FPGA的硬件開發(fā)平臺以實現(xiàn)系統(tǒng)整體的仿真、調(diào)試和運行,進(jìn)一步驗證了基于該算法下的實時圖像處理系統(tǒng)能有效地提高夜間視頻的成像質(zhì)量。
[Abstract]:With the continuous innovation and rapid development of science and technology, video image system as an important source of information for human understanding and exploration has spread all over various disciplines and fields. However, under the condition of weak light or uneven illumination, the video information outputted by the image system has some disadvantages, such as large point, low contrast, dark gray and shrinking dynamic range of gray. By introducing image enhancement technology, video information can be recovered and improved effectively. Targeted image enhancement can greatly improve the quality of video images, so as to facilitate human eye observation and extraction of available information. However, the real-time video image processing features such as large amount of information, complex signal conversion timing and other characteristics of the video image system hardware requirements are relatively high, and relying solely on software to meet the real-time processing of video images. FPGA, that is, field programmable gate array. Parallel operation is the main method, which is unparalleled in speed and performance between MCU and DSP. As a user programmable digital integrated circuit, it is widely used in image processing due to its high speed, high performance, high stability and low cost. In this paper, the theoretical foundation and practical application of image enhancement algorithm are deeply studied, and the theoretical knowledge of image processing such as Retinex principle and Gamma correction are deeply understood and explored. The characteristics of each image algorithm and FPGA are systematically considered and analyzed, and a real-time night image enhancement system based on adaptive Gamma correction based on Retinex luminance evaluation is developed. The traditional image enhancement system can not satisfy the image enhancement in the special scene of too dark brightness and uneven illumination. Different from the traditional image enhancement system, the algorithm adopted in this paper has adaptive ability. Aiming at the difference of brightness in the actual scene, the algorithm firstly evaluates the brightness by Retinex principle, and then realizes the efficient Gamma correction and enhancement of the image pixels by self-adjusting the Gamma parameters according to the evaluated brightness. Finally, the goal of greatly improving the readability of images is achieved. In the process of implementation, FPGA has some limitations on the processing ability of exponential power operation of Gamma correction. At the cost of consuming the internal resources of FPGA, this paper replaces the arbitration of Gamma exponent and exponential power operation based on Gamma correction effectively by lookup table quadratic mapping, so as to optimize the design of image processing module in depth. In order to improve the overall operation speed of the system. Finally, the hardware development platform based on FPGA is used to realize the simulation, debugging and running of the whole system, which further verifies that the real-time image processing system based on this algorithm can effectively improve the imaging quality of night video.
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN791;TP391.41

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本文編號：1955343