论文部分内容阅读
背光补偿是一种改善数字图像质量的关键处理技术,它主要通过修改背光图像的亮度,使逆光拍摄下的图像达到符合人眼舒适度的要求,同时保持整幅图像的舒适性、平滑性和自然性。摄像机通常是在顺光的环境下拍摄图像,但是某些情况下拍摄处于背光的环境,此时被拍摄的物体刚好挡住光源,导致被拍摄的物体因为曝光不足而偏暗,然而物体周围背景的亮度很强,这样就形成了背光图像。在背光图像中人眼只能分辨物体的大概轮廓,而无法识别物体的细节纹理,此时需要对图像进行背光补偿。随着科学技术不断发展,人们不仅对图像的质量要求很高,对图像的实时性也有着越来越高的要求。鉴于基于软件的图像处理系统在实时性和速度上的不足,而基于硬件加速的图像处理已经成为一个研究热点。可编程逻辑门阵列(FPGA)是当今运用较为广泛的可编程逻辑器件,具有速度快、可移植性强的特点,非常适合算法简单而数据量大的图像前期预处理。所以本文设计了一种基于FPGA+DSP协同处理的背光补偿算法的硬件架构,所做的具体工作如下:1.在对现有的大量背光补偿算法作了深入研究后,将背光补偿算法分成四类:(1)采用后处理技术的背光补偿方法,(2)采用分簇的背光补偿方法,(3)与自动曝光相结合的背光补偿方法,(4)通过处理图像色度特征值的背光补偿方法。按照不同类别,详细介绍了其中4种背光补偿算法,并且深入分析这些算法的性能和优劣性。2.本文综合衡量了背光补偿算法的性能和算法复杂度后,选用了基于YCbCr颜色空间的自适应高度修改的直方图均衡和颜色校正的快速背光图像补偿算法。该算法是采用后处理技术的方法,也是基于全局直方图均衡化的背光补偿,具有自适应性、处理速度快、补偿性能好等优点,因此非常适合实时处理的硬件设计。然后对该算法进行了详细的FPGA和DSP架构设计,其主要包括以下功能模块:(1)RGB转YUV,(2)直方图统计,(3)AHMHE算法(在DSP里完成),(4)颜色校正,(5)YUV转RGB,并对这5个模块给出了详细的设计思路和步骤。3.最后本文对该背光补偿设计进行了仿真分析,并给了相应的仿真图。仿真分析结果表明该设计可以在有效的范围内对逆光环境下拍摄的图像进行亮度补偿,有效地改善背光图像的主观质量,使处理后的图像能更好地符合人眼的舒适度。同时,对该算法的硬件设计进行了资源评估,评估结果表明本文的设计具有节省硬件资源,实时性好等优点。