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本课题来源于国家科技支撑计划课题“海上遇险目标快速接近技术”,该课题其中的一项内容就是对水下遇险目标进行高清晰观测。但水下环境复杂,水中不仅含有大量的悬浮颗粒,而且水体本身对光线又有吸收、散射和衰减作用,这使得水下拍摄的图像并不清晰,对比度差,不利于对遇险目标的观测。尤其在我国的渤海海域,海水的浑浊程度使得我们很难鉴定遇险目标的裂痕和损伤程度。所以,本课题的任务就是设计和实现一种图像增强算法,降低杂质或噪声的影响,同时,还要保证算法处理的实时性。水下图像的直方图都集中在较窄的灰度范围内,针对这一特点,本课题提出采用自动色阶算法处理水下图像,并用Matlab软件对算法编程实现。该算法的原理是将直方图内集中的部分拉伸到0～255整个灰度范围。本课题处理的是高分辨率水下图像,分辨率为1920×1080,为了满足算法处理的实时性,即算法的处理速度需达到NTSC的帧频标准30帧／秒,本课题选用FPGA (现场可编程门阵列)作为算法的硬件平台。根据FPGA并行处理和时序控制的特点,先将自动色阶算法划分至可综合的模块,再用硬件描述语言Verilog HDL编程实现,最终下载到FPGA中运行。经实验验证,本课题设计的自动色阶算法能够很好的增视水下图像,图像的对比度和亮度都得到了很大提高,而且能够达到增视1米的指标。此外,水下图像经基于FPGA图像增强系统处理后的结果与Matlab编写的算法处理结果一致,而且基于FPGA的图像增强系统的处理速度达到了NTSC帧频标准,这说明基于FPGA的水下图像增强系统能够实时增强水下图像像质,达到了课题的目的。