数码相机原理与系统设计研究

介绍了数码相机的工作原理 ,分析了数码相机的系统结构 ,提出了设计数码相机的处理流程。典型的数码相机系统有镜头、闪光灯、光学取景器、LCD显示屏、图像数据存储扩展设备接口、图像数据传输接口、供电系统以及核心处理器等八个主要模块。数码相机的数据流向从图像传感器开始 ,止于图像数据的存储和传输。数据流的处理主要包括模数转换、光学黑电平钳位、针对镜头的边缘畸变的运算修正、坏像素处理、白平衡处理、伽马校正、色彩合成处理、边缘检测 (锐度检测 )和伪彩色检测 (伪彩色抑制 )、JPEG压缩和图像存储器等模块     

高速多光谱 TDI CCD 成像电路系统

为实现多光谱TDI CCD的高速高信噪比成像,利用可空间应用的多光谱TDI CCD传感器研制出了高性能成像电路系统。该系统以现场可编程门阵列（ FPGA）为核心逻辑单元,带有RS422外围通信控制接口,并采用CAMERALINK接口输出图像数据。系统具有动态推扫成像的能力,可同时输出全色和彩色两种模式的图像数据。利用灰度条纹的靶标对传感器的3个多光谱（ R、G、B）感光区标定白平衡,利用彩色条纹的靶标对系统进行成像测试,在驱动频率为15 MHz的情况下,系统单片CCD输出的图像数据率达到1.2 Gbps。试验结果表明,获取全色图像的信噪比达到了53.56 dB,各多光谱图像的信噪比较高的也在40 dB以上,满足空间对地高分辨多光谱遥感成像的技术指标要求,对高速空间多光谱遥感相机的研制具有借鉴意义。     

HD-SDI视频嵌入式图像采集系统设计

为了满足光电测量系统中以HD-SDI接口的数字相机的视频图像处理需求,提出了基于HD-SDI接口的嵌入式图像采集系统解决方案;应用FPGA与TI公司的解码芯片将HD-SDI数字视频的串行数据转换成为并行的图像数据以满足DSP等处理器输入需要;利用FPGA外部扩展一定容量的存储单元来缓冲和重组图像数据,并以特定顺序发送给DSP;图像数据通过DSP的EMIF接口以DMA方式存入DSP内存,从而实现对HD-SDI视频的图像数据采集;系统集成HD-SDI数据链路均衡、解码以及数据采集功能,为DSP的后续图像处理提供了可以无缝连接的数据源。     

基于DSP的长波红外偏振图像伪彩色系统研究

针对现有的红外偏振图像伪彩色技术只能对采集到的偏振图像进行标量的、非动态的显示,研究了基于P、S偏振态图像的红外伪彩色信号处理。将P、S偏振态图像信息经过处理后映射到RGB颜色空间,设计了以TMS320DM642芯片作为核心处理器的伪彩色处理系统硬件电路,完成了伪彩色信号处理系统的软件设计与调试分析。该红外偏振图像处理系统通过采集被测物体表面反射的红外偏振特性,获得更多有用信息的同时保证了对红外偏振图像的处理速度,对于红外目标识别及检测有参考意义。     

基于VHDL技术实现视频采集处理器的控制

针对目前视频图像采集技术中图像采样控制复杂,应用不灵活的问题,基于现有视频采样芯片SAA7111,提出一种采用VHDL技术来模拟实现Ｉ２Ｃ总线接口的方法,控制视频采集处理器实现视频图像采集.实验证明,Ｉ２Ｃ总线控制SAA7111采样图像数据正确、稳定.该方法具有非常好的可移植性.     

面向SPAD图像传感器的超高速目标定位处理器

提出了一种用于单光子雪崩二极管图像传感器的超高速目标定位处理器。它由一个处理阵列,一个Y特征向量生成器和一个位置计算器组成,能够进行噪声减除和目标定位处理。设计了一种省略了乘法和减法运算的高斯滤波和背景减除法,降低了计算复杂度和硬件资源消耗,并显著地提高了处理速度。整个处理器在FPGA开发板上实现,实验结果表明,该处理器能够以100 000帧/s的速度实时处理128×128分辨率的脉冲图像,并定位其中的运动物体。本文提出的处理器架构同样可用于其他脉冲图像传感器。     

一种高精度图像采集系统的设计与特点

介绍了一种新型、高精度、实时伪彩色图像采集系统的原理、构成和特点。该系统采用１０ｂｉｔＡ／Ｄ转换器，使得高性能图像分析与处理成为可能。系统采样频率为１４．７５ＭＨｚ，对于标准ＰＡＬ制电视信号，可以保证采样后像素的横纵比为１∶１。由于采用最新ＥＰＬＤ编程技术，使得系统体积减小，可靠性显著提高。可输出标准ＰＡＬ制黑白全电视信号、ＲＧＢ分量彩色信号、Ｙ／Ｃ分量彩色信号及复合视频信号。该系统通过标准ＩＳＡ总线与计算机接口，帧存直接映射计算机内存地址空间，存取速度快。本系统特别适合于高精度的图像测量应用     

低照度夜视成像的自然感彩色化及增强方法

低照度成像系统输出一般都是黑白视频,为了获得更好的夜视实际应用效果,提出了一种基于YUV空间色彩传递的低照度视频图像彩色化及增强的亮度拉伸色彩传递方法.该方法借鉴了双波段色彩传递自然感彩色融合方法,由灰度图像及其负片图像构成初始彩色图像,并对亮度通道进行自适应亮度拉伸,在UV通道进行参考图像的色彩传递,实现灰度图像的自然感彩色化和增强.通过与其他基于色彩传递的彩色化方法比较,亮度拉伸色彩传递方法对参考图像和源图像的相似程度要求较低;选取几幅适当的典型场景彩色参考图像,可对绝大多数场景取得较好的彩色化效果,具有很好的场景环境普适性.同时可以看出,该方法高效,对比度高,颜色协调性好,色彩自然,更有利于人眼的观察感知,对于低照度夜视成像效果提升效果明显.该方法已在硬件平台上实时应用,可在无需增加硬件资源的基础上,有效地应用于低照度夜视成像.     

基于VxWorks的实时图像采集技术

工业控制领域对实时图像采集的需求越来越大，对图像采集的系统结构、硬件结构、嵌入式实时操作系统和图像采集处理应用软件进行研究具有实际的意义。在实时图像采集系统设计中，采用模块化设计方式，把处理器模块和图像采集模块分开设计，通过ETX总线的方式连接，ETX包括PCUISA总线。这种设计模式具有明显的优势，处理器模块采用标准化设计，提供标准化生产：图像采集模块采用灵活的专业化设计，提供各种特定的功能，可满足不同的实际需要。     

基于伪彩色融合图像聚类的夜视图像上色算法

提出一种将小波融合和基于伪彩色融合图像的C均值聚类用于图像色彩传递算法中的彩色夜视方法.在色彩传递前将可见光和红外图像进行小波融合得到灰度融合图像作为目标图像,保持了较好的纹理信息和目标信息;再对彩色源网像进行基于连接相对熵的彩色阈值分割;然后针对灰度融合图像的特点,根据一种基于伪彩色融合图像的C均值聚类方法,将伪彩色融合图像的彩色信息作为特征向量应用在夜视图像的分类当中,得到较好的分类效果,并基于此分类结果再进行色彩传递,得到更为自然的彩色夜视图像.实现了对夜视图像的自动色彩传递,得到的罔像色彩较真实.纹理清晰,将有利于人眼的目标识别.     

一种夜雾天况彩色视频构建方法

针对单一红外或可见光波段成像技术无法满足夜雾天况彩色成像要求的问题,结合红外和可见光成像各自的特点,提出一种固定区域下针对夜雾天况的彩色视频构建方法。该方法在能见度高的白天利用可见光传感器进行可见光背景图像的构建,在能见度低的夜雾天气利用红外传感器提取出红外运动目标,依据可见光背景图像与原始红外图像的配准参数进行2幅图像的同比例融合,完成彩色视频的重构。实验结果表明,该方法能够准确完成包含红外目标的彩色视频构建,充分体现出夜雾天况下运动目标及其所在场景的彩色特征信息,提升人眼对目标与场景的识别和感知。对于图像大小为720pixel×576pixel的视频序列,该算法的运行速度能够达到40frame/s,可满足彩色视频实时构建的需要。     

Bayer格式图像的实时彩色复原

为了减少算法的计算量,保证系统的实时性,本文针对Bayer格式图像提出了一种有效的彩色复原插值算法。插值过程中利用了人眼的视觉特性,能够更精确地得到图像的亮度信息和边缘信息。利用彩色图像的边缘特性更精确地复原了边缘处的R、G、B值。算法最终解为一系列5×5大小稀疏的线性滤波器,其复杂度低,实现简单,能在计算机各种嵌入式处理器中完成实时处理。实验证明,本算法的峰值信噪比(PSNR)比通常采用的双线性算法高4~6 db,且有效地减少了插值算法中出现的锯齿现象,使图像彩色的复原性和实时性比双线性算法更优越,具有一定的应用价值。     

Bayer格式图像的实时彩色复原

为了减少算法的计算量,保证系统的实时性,本文针对Bayer格式图像提出了一种有效的彩色复原插值算法。插值过程中利用了人眼的视觉特性,能够更精确地得到图像的亮度信息和边缘信息。利用彩色图像的边缘特性更精确地复原了边缘处的R、G、B值。算法最终解为一系列5×5大小稀疏的线性滤波器,其复杂度低,实现简单,能在计算机各种嵌入式处理器中完成实时处理。实验证明,本算法的峰值信噪比(PSNR)比通常采用的双线性算法高4~6 db,且有效地减少了插值算法中出现的锯齿现象,使图像彩色的复原性和实时性比双线性算法更优越,具有一定的应用价值。     

一种可控的视频图像动态对比度增强算法

为增强显示设备进行视频信号显示时的图像对比度,提出了一种幅度可控的动态对比度增强算法。该算法利用一组归一化线性直方图数据和输入图像的归一化灰度直方图数据的结合,实现对输入图像的权重化直方图均衡化处理,进而达到幅度可控的动态对比度增强效果。该算法可以通过控制对比度增强幅度来避免传统直方图均衡化产生的过增强现象。将基于该算法的实时图像处理器应用于50英寸AC PDP上,实验结果表明,其对比度获得显著提升,并且能够根据外部接口的调节实现幅度可控的对比度增强效果。     

近景测量系统全景彩色图像光谱法色度校正

在三维多模式扫描近景测量系统中,使用彩色线阵CCD(电荷藕合器件)可得到景物的一维线状彩色信息,将连续获得的不同角度上的一维彩色图像拼接起来即可形成全景彩色图像。直接在电脑彩色CRT(cathode ray tube, 阴极射线管)显示器上输出该图像,将发生色度失真,需要进行色度校正。通过光谱法色度校正,使得在电脑彩色CRT显示器上输出的图像和原始景物尽可能地保持色度不失真。     

基于能谱CT的材料组分彩色表征研究

基于光子计数探测器的X射线能谱CT,通过增加能谱分辨率实现了CT图像由灰度向彩色的转变,提高了材料识别能力。然而随着能谱通道数量的增加,通道中的噪声也显著增加,降低了材料识别的准确性。为充分利用能谱CT图像的稀疏性以及能谱通道之间图像的相关性,提出一种多约束窄谱CT迭代重建算法,可在降低噪声的同时有效保留图像的边缘及细节部分。进一步利用主成分分析对窄谱CT图像中的能谱信息进行估计,并建立主成分图像与R,G和B颜色分量之间的映射关系,最后获取彩色CT图像。该方法通过材料组分的彩色表征可以有效识别材料,同时降低图像中的背景噪声。仿真实验和实际实验结果验证了多约束窄谱CT迭代重建算法的有效性以及利用主成分分析进行材料组分彩色表征的可行性。     

基于LLE的红外成像彩色化处理算法研究

针对红外图像对比度低、细节较差,且一般是黑白图像,不适宜于人眼观察,提出一种利用局部线性映射方法（LLE）的红外成像彩色化方法。该方法寻求灰度空间到色彩空间的映射,实现红外图像到彩色红外图像的转变,先将目标红外图像和彩色模板图像转换至YUV颜色空间,分离亮度和色彩信息;然后将目标红外图像的每个像素及邻域像素的灰度值串接成矢量,并均匀从彩色模板图像选取部分像素按相同方法串接成矢量,采用欧氏距离搜索最近邻并计算最佳的匹配系数,经色彩值（即U和V分量）计算将模板图像的彩色传递给目标红外图像后搜索亮度最大值的像素邻域并经自动阈值伪彩色编码处理,突出显示重要目标,得到处理后的彩色红外图像。将算法应用于实验室自主开发的热像仪,算法作用后的红外图像不但有了适于人眼视觉的彩色信息,而且用红、黄等敏感色突出了重点热目标,提高了人眼发现和识别目标的速度,实验结果表明,算法有利于侦察人员长时间的目标观察和识别目标。     

红外伪彩色图像的去彩化研究

为适应人眼的感知能力,伪彩色编码技术常被用于处理红外探测系统输出的灰度图像。较于灰度图像,计算机对彩色图像处理所需的存储量与计算量较大。鉴于某些红外设备只提供伪红外图像的输出,因此伪红外图像的去彩色化算法成为该文的主要研究目标。除利用最大值分解、平均值与光亮度法3种常见灰度化算法对伪红外图像的处理外,直接对伪彩色图像进行解码的方式也在文中被用于红外图像的去彩色化。实验基于上述两类方法,对线性与正弦非线性彩虹伪彩色图像的去彩色化进行了研究,并对处理后图像的质量进行了比较。实验结果表明,常规灰度算法处理后的伪彩色图像质量较差,而线性伪彩色图像经解码处理后可完全恢复出原图,实现0均方差;对于正弦非线性算法,虽然存在由量化误差引起的损失,但与原图像比仍有非常低的均方差（0.309 4）与高的峰值信噪比（101.356 0）。     

基于双数字信号处理器(DSP)的实时相关图像处理系统的设计

以两片由TI公司生产的数字信号处理器TMS320C6203B为核心,用可编程逻辑阵列CPLD进行逻辑控制,采用现场可编程门阵列FPGA作图像的预处理和进行双数字信号处理器(DSP)之间的通讯,实现了实时相关的图像处理。此系统实时性好,可直接利用数字图像的灰度特征,在低信噪比的情况下目标跟踪点漂移小,目标跟踪能够较好地适应不同灰度分布的背景。     

基于SOPC技术的发射装置联调检测设备设计

为解决发射装置脱机状态下的综合检测问题,构建了基于片上可编程系统(SOPC)的发射装置联调检测设备。方案采用NiosⅡ软核处理器嵌入技术,并将处理器和外设接口控制逻辑集成在一块FPGA芯片中。FPGA内部程序模块设计使用VHDL语言描述,可重构性强,升级容易,移植性好。设备功能和性能达到设计要求,已在工厂装备修理中得到应用检验。