基于FPGA的CMOS视频图像增强算法研究及应用

【摘要】在目前这个移动互联和大数据时代,作为网络信息源重要部分的视频图像其相关应用遍及各个领域。视频图像的获取过程容易受到多变外界环境的影响,造成图像对比度偏低、灰度偏暗及灰度动态范围收缩等问题,引起图像质量的退化,需要图像的增强处理。图像增强,在保持原本语义的同时,有针对性的增强处理,改进视频图像质量,便于后续分析和处理,论文在充分研究图像增强算法的基础,提出改进的自适应场景变换图像增强算法,结合FPGA技术的研究,采用Xilinx公司的Virtex-4SX系列FPGA硬件实现自适应增强算法。论文从CMOS图像传感器技术着手,分析图像传感器的原理以及像素结构,选用了OV8825CMOS芯片作为视频采集前端芯片,结合SCCB总线控制技术,实现驱动控制。视频增强算法是论文的理论基础,从图像增强算法诞生之时起就经历着不断的研究和改进,从传统经典的直方图均衡化算法,到模糊理论增强算法都在研究改进中不断改善。论文在研究的基础上,提出了自适应场景的视频图像增强算法,将场景分为过暗,过亮,理想三种不同的场景,针对不同的场景提出相应的适应变换函数,根据判断进行函数变换,完成图像的自适应增强。理论的研究需要平台的支撑,结合FPGA技术,提出自适应增强算法模块的FPGA实现的总体架构和思路,完成外围接口的电路设计以及FPGA模式配置,使用ChipscopePro在线调试工具完成平台的初步性能调试。最后给出自适应增强模块的FPGA实现过程,分成两个步骤完成设计,完成前端采集模块的设计,进行仿真调试,为后续视频处理提供信号源；完成核心处理算法的设计,仿真调试通过Matlab软件读出并显示。与软件实现的算法处理相比,效果一致,但是处理速度提高了不止一个等级,满足实时视频处理要求,具有实际工程意义。
【作者】杨世龙；
【导师】吴黎明；
【作者基本信息】广东工业大学，电子与通信工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】FPGA；CMOS图像传感器；改进视频图像增强算法；自适应场景；Matlab；并行流水线；

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