当前位置:主页 > 科技论文 > 电子信息论文 >

基于FPGA的自适应夜间图像增强算法研究

发布时间:2018-05-30 12:43

  本文选题:FPGA + 亮度评估 ; 参考:《广东工业大学》2015年硕士论文


【摘要】:随着科技的不断创新与快速发展,视频图像系统作为人类认识与探索的重要信息源头已经遍布各个学科与领域。然而,在弱光或光照不均的环境下图像系统输出的视频信息具有躁点大、对比度低、灰度偏暗和灰度动态范围收缩等缺点。通过引入图像增强技术,能够有效地恢复和完善视频信息。有针对性的图像增强处理,能很大程度上提高视频图像的质量,以便于人眼观察与可利用信息的提取。但是实时的视频图像处理信息量较大,信号转换时序复杂等特点对视频图像系统的硬件要求比较高,且单纯依靠软件难以满足视频图像的实时处理。FPGA即现场可编程门阵列,以并行运算为主,在速度和性能上是MCU与DSP无法比拟的。作为用户可编程的数字集成电路,由于它具有速度快、性能强、稳定性高和成本低等优点,使其在图像处理上应用日益广泛。本文深入研究图像增强算法的理论基础和实际应用,通过对Retinex原理和Gamma校正等图像处理的理论知识作深入理解和探索,并分别对各图像算法和FPGA自身的特点进行系统性的考量和可实行性的分析,进而制定出了一个基于Retinex亮度评估下的自适应Gamma校正的实时夜间图像增强系统。传统的图像增强系统不能同时满足亮度过暗和光照不均等特殊场景下的图像增强。与传统的图像增强系统不一样,本文采用的算法具有自适应能力。针对实际场景中亮度的不同,该算法首先通过Retinex原理进行亮度评估,再根据评估后的亮度以自我调节Gamma参数的方式对图像像素实现高效的Gamma校正增强,最终达到大幅度提高图像可读性的目标。在实现的过程中,由于FPGA在Gamma校正的指数幂运算处理能力上存在一定局限。本文以消耗FPGA的内部资源为代价,通过查找表二次映射的方法有效代替了Gamma指数的仲裁与基于Gamma校正的指数幂运算,从而深度优化图像处理模块的设计,以提高系统的整体运算速度。最后借助基于FPGA的硬件开发平台以实现系统整体的仿真、调试和运行,进一步验证了基于该算法下的实时图像处理系统能有效地提高夜间视频的成像质量。
[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.
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN791;TP391.41

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张斌,蒋丽峰,蒋加伏;一种图像增强的自适应免疫遗传算法[J];计算技术与自动化;2005年03期

2 陈昌;徐晓明;;指纹预处理中的图像增强[J];中国科技信息;2005年24期

3 严伟斌;;可见光目标检测中图像增强方法研究[J];通信技术;2006年S1期

4 袁龙;肖庆;尹忠科;;基于小波非线性外推的图像增强方法[J];红外;2007年01期

5 陈燕;耿国华;;一种直接图像增强方法在医学影像分类中的应用[J];计算机应用与软件;2007年06期

6 邹兴文;张葛祥;;一种基于粗集理论的图像增强方法[J];微计算机信息;2008年21期

7 李敬川;;一种图像增强算法的设计与实现[J];重庆职业技术学院学报;2008年04期

8 段竹;;医学图像增强算法研究[J];科学技术与工程;2009年03期

9 梁亮;吕文阁;;基于竞选算法优化的图像增强方法[J];机电工程技术;2009年04期

10 梁晓冰;刘希顺;刘安芝;王博亮;;噪声在脉冲耦合神经网络图像增强中的作用[J];中国生物医学工程学报;2009年04期

相关会议论文 前10条

1 薛丽;王波涛;;基于形态学的运动员号码牌图像增强[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年

2 陈钳生;陈英;李润午;韦礼珍;;基于遗传优化的小波域印章图像增强研究[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年

3 张莹;王太勇;冷永刚;邓辉;;调参双稳系统图像增强应用初探[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年

4 李孟歆;金风;张颖;;一种新的图像增强混合方法研究[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年

5 谢云;余江;裴以建;白宝丹;;基于小生境遗传算法的图像增强[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年

6 卢汉明;高德俊;;基于多尺度变换相结合的图像增强算法[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年

7 张铁栋;秦再白;朱炜;;基于模糊算法的水声图像增强[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年

8 刘毅;高旭辉;;一种改进的夜视图像增强处理算法[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(D 光电信息处理技术专题)[C];2006年

9 刘海华;高智勇;陈心浩;舒振宇;;基于形态学操作的图像增强方法(英文)[A];第二届和谐人机环境联合学术会议(HHME2006)——第15届中国多媒体学术会议(NCMT'06)论文集[C];2006年

10 赵建;;基于偏微分方程的非线性图像增强方法[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 许欣;图像增强若干理论方法与应用研究[D];南京理工大学;2010年

2 李艳梅;图像增强的相关技术及应用研究[D];电子科技大学;2013年

3 陈一平;图像增强及其在视觉跟踪中的应用[D];国防科学技术大学;2011年

4 王彦臣;基于多尺度数字X光图像增强方法的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年

5 孙飞飞;水下图像增强和复原方法研究[D];中国海洋大学;2011年

6 潘天工;面向PACS系统的图像增强和图像加密算法研究[D];哈尔滨理工大学;2014年

7 鲁志波;医学图像增强与插值的算法研究[D];解放军信息工程大学;2007年

8 李建奇;矿物浮选泡沫图像增强与分割方法研究及应用[D];中南大学;2013年

9 丰国栋;数字化X线摄影图像增强方法研究[D];中国科学技术大学;2009年

10 李灿飞;基于偏微分方程的医学图像增强与分割方法研究[D];湖南大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 盛道清;图像增强算法的研究[D];武汉科技大学;2007年

2 黄信安;红外弱小目标图像增强方法的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2007年

3 王芳;基于脉冲耦合神经网络的图像增强算法研究[D];武汉科技大学;2009年

4 陈涛;人工免疫算法及其在图像增强中的应用[D];太原理工大学;2009年

5 郑翔;低照度图像增强算法的研究[D];华南理工大学;2010年

6 田键;磁粉检测系统中图像增强的方法研究[D];长春理工大学;2010年

7 宁文静;基于多次曝光的图像增强算法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

8 李文兴;医学图像增强在“软读片”中的应用[D];郑州大学;2013年

9 郭晓婷;低照度图像增强算法的研究[D];华南理工大学;2013年

10 刘涛;大雾环境下图像增强方法研究[D];中南林业科技大学;2011年



本文编号:1955343

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1955343.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户088f8***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com