【摘 要】
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在地下、夜晚、阴天、逆光等非理想而又无法避开的拍摄条件下,由成像设备得到的图像存在亮度低、细节缺失等问题,严重影响视觉感知质量和后续使用。针对以上问题,本文开展了低照度图像增强、关键目标边缘线段检测等算法研究,并基于上述算法设计和实现了一个基于FPGA+DSP的低照度视频图像处理系统。主要研究内容如下:（1）根据系统数据逻辑处理以及计算需求,设计了基于FPGA+DSP的低照度视频图像处理系统的总体
【基金项目】
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中船重工三八八厂的合作项目“地下工程装备研究-车载辅助吊装对中系统研制”；
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在地下、夜晚、阴天、逆光等非理想而又无法避开的拍摄条件下,由成像设备得到的图像存在亮度低、细节缺失等问题,严重影响视觉感知质量和后续使用。针对以上问题,本文开展了低照度图像增强、关键目标边缘线段检测等算法研究,并基于上述算法设计和实现了一个基于FPGA+DSP的低照度视频图像处理系统。主要研究内容如下:（1）根据系统数据逻辑处理以及计算需求,设计了基于FPGA+DSP的低照度视频图像处理系统的总体方案。其中包括:系统硬件平台整体方案设计、系统关键参数的设计以及系统主要接口模块的设计;（2）针对低照度图像细节缺失、对比度和亮度低等问题,设计了一种基于Retinex理论模型的图像增强算法。该算法通过对图像亮度分量进行高斯低通滤波来估计亮度衰减系数。通过图像信息熵计算高斯滤波参数,有效地避免了图像增强后的亮度过饱和现象。利用全局灰度均值对增强前后的亮度分量进行加权融合在增强图像细节的同时抑制了噪声放大,避免了光晕效应等问题。针对目标定位对于边缘线段检测算法的边缘线段连续性以及无效线段检出率控制的要求。设计了一种基于图像的局部梯度方向一致性和Helmholtz原理的边缘线段检测算法。利用图像的局部梯度方向一致性和最小二乘法提取候选直线。通过利用候选直线上节点间图像的梯度密度并结合Helmholtz原理提取目标的边缘线段。该算法显著地提升了目标边缘线段的连续性,同时有效地控制了无效线段的检出率。之后根据FPGA与DSP的数据处理特点和视频图像数据帧间相关性完成了上述算法在FPGA与DSP上实现的硬件逻辑以及软件程序的设计;（3）利用Modelsim对FPGA关键模块进行了逻辑功能验证。基于Quartus II和CCS6.0对系统进行了板级验证和性能分析。实验结果表明,本文设计的低照度视频图像处理系统各模块功能满足工作要求,而且具有较强的实时性和稳定性。
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