單片CCD或CMOS圖像傳感器是廠家為了降低數(shù)碼相機的成本與體積而采用的。這種傳感器的表面會覆蓋一層彩色濾波陣列,使每個像素只能獲得紅、綠、藍中的一種分量。插值的目的就是為了恢復(fù)失去的兩個顏色分量。論文首先介紹了基于BayerCFA圖片格式插值算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和幾種常見的插值算法的基本原理。然后,用軟件仿真了幾種插值算法的恢復(fù)效果,并分析了算法的性能。論文重點研究了雙線性插值算法和基于梯度的插值算法,實現(xiàn)了算法的硬件移植,并將恢復(fù)后的圖片輸出到顯示器上。論文采用自頂向下的設(shè)計方法,對兩種插值算法的模塊進行了劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計。用Verilog HDL完成了幀同步模塊、濾波窗口模塊、雙線性插值算法模塊、色空間轉(zhuǎn)換模塊等關(guān)鍵模塊的RTL設(shè)計。使用Modelsim軟件完成了各模塊和系統(tǒng)的功能仿真,并給出了對應(yīng)的仿真結(jié)果。通過ISE進行了設(shè)計綜合、布局布線,給出了 RTL結(jié)構(gòu)圖和邏輯資源的使用情況。在Xilinx公司的KC705的FPGA開發(fā)板上進行了驗證,實現(xiàn)了圖像的插值與顯示。功能仿真和FPGA驗證結(jié)果表明,本文設(shè)計的插值算法邏輯功能正確,可以實現(xiàn)BayerCFA圖片的插值。論文在使用傳統(tǒng)方法進行硬件算法設(shè)計后,還使用高層次綜合的設(shè)計方法對插值算法進行了設(shè)計與實現(xiàn)。最后,論文指出了設(shè)計中的不足之處以及今后進一步研究的方向。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP391.41
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排
第二章 插值算法原理與分析
    2.1 常見插值算法
        2.1.1 雙線性插值算法
        2.1.2 基于梯度的插值算法
        2.1.3 自適應(yīng)插值算法
        2.1.4 加權(quán)系數(shù)插值算法
    2.2 算法性能的對比
        2.2.1 常見問題及分析指標(biāo)
        2.2.2 MATLAB仿真結(jié)果及分析
    2.3 本章小結(jié)
第三章 算法的設(shè)計與實現(xiàn)
    3.1 FPGA簡介
        3.1.1 FPGA結(jié)構(gòu)
        3.1.2 FPGA設(shè)計流程
    3.2 總體設(shè)計與模塊劃分
    3.3 幀同步模塊的設(shè)計
    3.4 圖像處理模塊的設(shè)計
        3.4.1 濾波窗口的設(shè)計
        3.4.2 雙線性插值算法的設(shè)計
        3.4.3 基于梯度的插值算法的設(shè)計
        3.4.4 色空間轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計
    3.5 圖像顯示模塊的設(shè)計
    3.6 本章小結(jié)
第四章 仿真與驗證
    4.1 軟硬件環(huán)境
    4.2 子模塊功能仿真
        4.2.1 幀同步模塊
        4.2.2 濾波窗口模塊
        4.2.3 雙線性插值模塊
        4.2.4 基于梯度的插值算法模塊
        4.2.5 色空間轉(zhuǎn)換模塊
    4.3 圖像顯示模塊
    4.4 系統(tǒng)仿真
    4.5 設(shè)計綜合
    4.6 FPGA驗證
    4.7 本章小結(jié)
第五章 高層次綜合設(shè)計
    5.1 HLS簡介
    5.2 算法的實現(xiàn)
        5.2.1 C語言算法設(shè)計
        5.2.2 C語言代碼仿真
        5.2.3 C語言和RTL聯(lián)合仿真
        5.2.4 IP核的生成
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表論文

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 梁曉芬;喬衛(wèi)東;楊建峰;薛彬;秦佳;;基于色差空間的Bayer圖像的迭代插值算法[J];紅外與激光工程;2014年09期

2 余俊榮;何彥行;潘豐;;一種新的區(qū)域圖像插值算法[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年03期

3 李杰;程磊;徐建省;吳懷宇;陳洋;;基于彩色圖像插值算法的膠囊機器人微視覺[J];計算機測量與控制;2014年02期

4 孫士保;段建輝;;一種基于邊緣梯度的圖像插值算法[J];計算機工程;2013年08期

5 趙煌;彭勇;;雙線性插值算法的優(yōu)化及其應(yīng)用[J];電視技術(shù);2012年17期

6 撒尼;Cola;;由歷史看趨勢,數(shù)碼相機發(fā)展史[J];消費;2007年12期

7 賀欽;劉文予;;數(shù)字圖像傳感器顏色插值算法研究[J];小型微型計算機系統(tǒng);2007年08期

8 熊平;CCD與CMOS圖像傳感器特點比較[J];半導(dǎo)體光電;2004年01期

9 賈志科,崔慧娟,唐昆;彩色數(shù)字照相機的設(shè)計[J];電視技術(shù);2000年11期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 張瑤;CMOS圖像的顏色插值算法研究[D];西安科技大學(xué);2013年

2 王淵博;基于FPGA的Bayer格式實時彩色恢復(fù)系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（國家授時中心）;2013年

3 田其沖;基于邊緣的快速圖像插值算法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

4 趙亮;基于曲波的圖像插值算法[D];西南交通大學(xué);2012年

5 張峰;數(shù)碼相機中Bayer格式數(shù)字圖像的降噪與顏色插值算法的研究[D];浙江大學(xué);2012年

6 劉方;基于Bayer彩色濾波陣列插值算法的研究[D];電子科技大學(xué);2006年

7 王懷野;數(shù)碼相機的圖像處理算法研究及應(yīng)用[D];西北工業(yè)大學(xué);2001年

本文編號：2863678