大气湍流模糊图像的高分辨力复原算法

大气湍流是大气中的一种重要运动形式,它的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强,这种干扰作用极大地影响了光电成像系统对于目标的分辨能力。由于湍流影响而退化的图像中同时存在着幸运区域,用适当的算法可以获得高分辨力复原图像。为了获取包含幸运区域的大气湍流模糊图像,在实验室使用人造湍流,并结合短曝光技术拍摄了大气湍流干扰的序列图像。文中应用矩形交叠分块方法,改进了基于偏微分方程（PDEs）的序列图像复原算法,对获取的序列短曝光图像进行处理。结果表明,经该算法处理得到的合成图像质量有明显的提升,该算法对大气湍流造成的图像质量退化有较好的复原作用。     

一种彩色图像幸运区域融合算法

幸运区域融合技术通过挑选、配准、拼接短曝光 序列图像中具有一定概率的清晰度 高的“幸运区域”获得一幅高分辨率的重构图像,目前该技术处理对象通常是单色图像。根 据彩色图像成像过程及其数据特点,结合经典的幸运区域融合算法,提出了一种针对彩色短 曝光图像序列的幸运区域融合算法。该算法分别对彩色图像红、绿、蓝3个通道数据进行选 图、配准和拼接,最后合成一幅高分辨率的彩色图像。通过连续拍摄的2200帧短曝光图像, 对所提出的算法进行了多角度验证。红、绿、蓝三通道的选图结果表明,大气湍流确实对光 学场景中不同区域、不同波段光的成像产生随机的干扰,这从一个方面证明红、绿、蓝三通 道分别处理在理论上是成立的。对实测彩色图像融合结果的主观感受和客观指标也证明该算 法可以提高因大气湍流而退化的图像的分辨率。     

获取非等晕幸运短曝光图像的概率研究

通过湍流大气进行短曝光成像,存在一定的概率能够获得接近系统衍射极限分辨率的图像,瞬间的波前畸变可以忽略不计.通过设计不同望远镜口径的短曝光成像观测实验,应用基于灰度梯度统计的像质评价函数对序列短曝光图像进行了像质评价,并运用归一化处理来研究非等晕条件下获取幸运短曝光图像的概率.处理结果验证了“幸运图像”的获取概率随着口...     

一种适用于硬件实现的宽动态图像合成算法

针对现有宽动态合成算法因复杂度高而难以应用于实时系统的缺点,提出一种有效且复杂度低、适合硬件实现的实时宽动态图像合成方法。算法首先获取同一场景两副不同曝光量的照片,通过使用线性的亮度映射函数T,从短曝光图像对应区域的信息恢复出长曝光图像中过曝区域的信息。该算法只需利用两幅原始图像,所需数据量少,且无须恢复图像中的亮度与曝光比信息,计算复杂度很低。同时,T用线性关系表示更易于硬件实现。实验表明,算法能够实现良好的宽动态图像效果。     

星载拼接相机图像实时校正系统的研究

为了实时对多TDI-CCD拼接后获得准确与高质量的大视场图像,建立了多片TDI-CCD拼接相机像元实时校正系统.对该系统的图像拼接与灰度融合算法进行研究并对硬件实现方法加以介绍.对多片TDICCD拼接技术以及由此带来的图像错位与像元不均匀性进行了介绍,采用输出缓存技术实现拼接TDI-CCD奇偶片输出图像配准,应用比值平均法校正拼接片间的灰度不均匀性,实现实时大视场拼接校正.并将整套算法在Xilinx公司的Spartan 3系列的FPGA平台上实现,得以构成多TDI-CCD拼接校正系统.实验结果表明,该系统可以自动对3片2048像元的TDI-CCD拼接配准与灰度校正,获得清晰的大视场图像,满足系统实时性的要求.     

基于FPGA技术的混沌数字图像加密与硬件实现

提出用FPGA技术实现混沌数字图像加密及其硬件实现的一种新方法.根据离散化和数字化处理技术,对三维Lorenz混沌系统作离散化处理,用硬件描述语言和FPGA技术产生三维Lorenz混沌迭代序列,分别对数字图像的红、绿、蓝三基色信号进行混沌加密和解密.基于芯片型号为EP2C35F672C6的FPGA开发平台,以X640×480 BMP格式的灰度图像为例,设计了Lorenz混沌序列对数字图像进行加密与解密算法,给出了FPGA硬件实现结果.     

红外实时图像增强的硬件设计与实现

根据红外图像特点,提出了基于FPGA＋SRAM的硬件实时图像处理结构.该硬件设计包含4个主要模块：视频处理模块、FPGA模块、图像存储模块和DA转换及视频合成模块.FPGA是该系统的核心部分,能够实现2D-TDI、图像锐化和非均匀性校正等算法;SRAM阵列是暂存实时图像的,用于算法的实现;FPGA配置FLASH存放FPGA的配置程序;完成硬件调试工作后,尝试实现了部分图像增强算法.     

长曝光大气湍流退化图像点扩散函数估计

大气湍流能明显降低光学系统的成像质量,距离目标越远,曝光时间越长,受大气扰动越严重,图像越模糊。利用大气湍流退化点扩散函数可以对模糊图像进行复原,但实际自然条件下的点扩散函数往往难以准确获得。结合课题研究背景,针对长曝光大气湍流退化图像复原提出了近似等腰三角形模型,通过该模型能得到准确的大气湍流点扩散函数,并采用维纳滤波获得清晰复原图像。实验表明该方法能够对大视场、远距离条件下获得的长曝光大气湍流退化自然图像估计出准确的点扩散函数,复原图像拥有较好的视觉效果,通过计算灰度平均梯度值和拉普拉斯梯度模两个客观评价标准,进一步证实了该算法的有效性。     

基于FPGA区域标记算法的实现

区域标记是图像处理系统中的预处理过程,它对于后期的图像识别以及分类起到十分重要的作用.区域标记的前提是需要对图像进行二值化.文章提出了一种基于FPGA区域标记的算法,它是在传统的区域标记算法的基础上结合FPGA的硬件特点实现的算法.该算法便于FPGA逻辑的实现,并能快速有效的实现区域标记.     

高速超分辨率图像处理系统

为了对遥感图像进行实时脱机的超分辨率增强处理,设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)的超分辨率图像处理系统,系统在视频预处理部分利用FPGA来实现对视频的降采样处理,在超分辨率处理部分分别用FPGA和DSP来完成对视频源的两种经典超分辨率算法的硬件实现.达到了对视频图像进行高速实时超分辨率处理的目的.     

基于SOPC可重构的图像采集与处理系统设计

针对目前PC算法无法实现图像实时处理以及固定硬件平台很难实现算法修改或者升级的问题,设计一种基于SOPC可重构的图像采集与处理系统,实现了图像数据的片上实时处理以及在不改变硬件电路结构而完成算法修改或者升级的功能。此系统围绕两块Xilinx FPGA芯片进行设计,通过FPGA以及其Microblaze 32 bit软核处理器和相关接口模块实现硬件电路设计,结合FPGA开发环境ISE工具和EDK工具协作完成软件设计。由于采用SOPC技术和可重构技术,此设计具有设计灵活、处理速度快和算法可灵活升级等特点。     

基于NIOSⅡ的红外弱小目标检测算法实现

介绍了基于可编程片上系统SOPC技术的图像处理系统的软硬件设计,系统采用FPGA作为视频信号采集控制模块,利用FPGA内建NIOSⅡ软核微控制器作为图像处理单元。针对天空背景下红外弱小目标,提出了一种基于形态学和仿生学相结合的图像预处理算法,该算法在基于数学形态学滤波的基础上利用人眼固视微动辨别信息的原理对图像进行背景抑制和目标增强;采用自适应阈值分割法确定目标。硬件实验结果表明系统实时性好,图像处理效果良好,目标检测率高,验证了预处理算法的有效性和实时性。     

相位相关红外图像配准算法的硬件实现

在目前图像配准算法中,相位相关法是相对比较成熟的,并且有较多的改进算法,但是随着算法的复杂度增加,相应的运算量也增加,那么在保证效果的同时实时性却无法保证。根据这一现状,提出了在FPGA中实现相位相关法配准技术。在以FPGA为主处理芯片搭建的平台上,利用光纤高速传输图像,实现并且验证了相位相关法的可行性。详细阐述了相位相关法在FPGA中实现的主要步骤。结果表明,相位相关法能在FPGA中实现,并能充分利用FPGA的并行性和资源多的优点,使得处理算法的时间缩短,可以满足实时性要求。     

Hardware implementation of a disparity estimation scheme for real-time compression in 3D imaging applications

This paper presents a novel hardware implementation of a disparity estimation scheme targeted to real-time Integral Photography (IP) image and video sequence compression. The software developed for IP image compression achieves high quality ratios over classic methodologies by exploiting the inherent redundancy that is present in IP images. However, there are certain time constraints to the software approach that must be confronted in order to address real-time applications. Our main effort is to achieve real-time performance by implementing in hardware the most time-consuming parts of the compression algorithm. The proposed novel digital architecture features minimized memory read operations and extensive simultaneous processing, while taking into concern the memory and data bandwidth limitations of a single FPGA implementation. Our results demonstrate that the implemented hardware system can successfully process high resolution IP video sequences in real-time, addressing a vast range of applications, from mobile systems to demanding desktop displays.     

基于红外运动目标分割的夜视融合系统设计

为了提高夜视系统的质量以及目标探测性能, 设计了红外视频运动目标与可见光融合夜视侦察系统。系统在硬件处理平台上实现了基于人眼视觉的红外运动目标分割算法和基于目标特性的加权融合算法, 采用红外运动目标分割电路和融合处理电路互联的结构, 首先利用FPGA为核心的红外目标分割电路提取红外视频中的运动目标, 然后将只有红外运动目标的视频输入后端DSP融合处理电路中进行融合处理, 最后从系统中输出一系列目标形态突出、背景细节清晰的融合序列。实验结果表明: 该系统可以提高夜视融合系统目标探测性能和探测概率, 融合结果的各项评价指标提高了90%以上, 有的评价指标甚至提高了7倍以上, 可以很大程度地降低系统的虚警率。     

图像采集压缩和高清分析并行处理的硬件系统设计

将DSP与FPGA结合,设计一种对CMOS图像传感器进行图像采集和处理的硬件系统。该系统能够在硬件层面把图像分路处理,一路直接压缩后传输,另一路循环存储到多帧高清图像存储区,便于软件分析,较好地解决了传输带宽不足与智能监控需要高分辨率图像进行分析处理的矛盾需求。该系统具有高清图像实时采集处理的优点和硬件平台通用性,可用不同软件实现不同的图像分析处理。     

多模复合末制导图像处理系统设计与实现

在末制导图像处理系统中,单模系统会带来匹配精度不够、容易受干扰等问题,采用多模系统进行融合决策,是提高跟踪定位精度和抗干扰能力的更优选择。本文基于多DSP和FPGA,提出采用接口管理和图像匹配分开的分布式管理架构,设计实现了可兼容光学、射频模式的多模复合末制导图像处理系统,系统具有高实时性、可重构性和通用性强的特点。同时,在设计的系统平台上,采用适合各模式的FPGA预处理算法完成图像实时预处理,采用SIFT特征匹配算法完成实时并行匹配运算。实验表明,本文设计的末制导图像处理系统及SIFT特征匹配算法,在光学和射频模式下都达到了实时处理的要求;复合末制导处理系统的匹配精度,要优于单模末制导图像处理系统的匹配精度。     

Design of a systolic-pipelined architecture for real-time enhancement of color video stream based on an illuminance-reflectance model

A high performance digital architecture for the implementation of a nonlinear image enhancement technique is proposed in this paper. The image enhancement is based on an illuminance-reflectance model which improves the visual quality of digital images and video captured under insufficient or non-uniform lighting conditions. The algorithm shows robust performance with appropriate dynamic range compression, good contrast, accurate and consistent color rendition. The algorithm contains a large number of complex computations and thus it requires specialized hardware implementation for real-time applications. Systolic, pipelined and parallel design techniques are utilized effectively in the proposed FPGA-based architectural design to achieve real-time performance. Approximation techniques are used in the hardware algorithmic design to achieve high throughput. The video enhancement system is implemented using Xilinx's multimedia development board that contains a VirtexII-X2000 FPGA and it is capable of processing approximately 63 Mega-pixels (Mpixels) per second.