基于光照-反射模型的图像增强算法的FPGA设计

针对视频图像增强处理的应用需求及视频图像场景的多样化特点,给出了一种基于光照-反射模型的低照度图像增强算法及其硬件实现。首先,基于光照-反射模型将亮度图像分解为照度分量、反射分量,并对估计的照度分量进行非线性调节,合成新的亮度图像;然后,引入调整系数对光照估计进行场景补偿以适应不同的场景;最后,在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件上进行算法实现。在Altera EP4CE40F23C8 FPGA硬件上实现结果表明,图像增强算法的主、客观处理效果得到明显提升,可满足不同场景的低照度视频图像实时增强处理应用。     

FPGA软硬件协同处理实时图像处理系统

基于PC机图像处理系统实时性不强,DSP+FPGA图像处理系统的成本高、资源利用率低,单纯使用FPGA硬件实现的图像算法类型较为单一,针对这一系列问题,提出了一种基于FPGA软硬件协同处理的实时图像处理系统.采用一片FPGA芯片作为系统的核心,利用CCD相机等采集图像,通过SSRAM将图像缓存,以SOPC为控制核心,协调软硬件共同进行图像处理.易于使用硬件实现的图像处理模块(如滤波、形态学算法、图像校正、边缘检测等)均使用Verilog HDL语言实现,通过SOPC控制这些图像处理模块,实现相应的图像处理功能;而硬件难于实现的部分(如流程控制、复杂的分支判断)则使用SOPC中的CPU来实现.实验表明,系统卖时性强、图像处理速度快、可进行复杂图像算法的运算,同时具有设计简单、应用灵活、成本低的特点.     

基于GPU的快速Sobel边缘检测算法

传统的Soble边缘检测算法的优化和实现都是针对常用处理器(CPU、DSP和FPGA等)提出的,难以应用在图像处理器(GPU)上.本文提出了一种基于NVIDIA公司CUDA架构图形处理器(GPU)的快速Sobel边缘检测算法.快速算法根据GPU的并行结构和硬件特点,采用了纹理存储技术、多点访问技术和对称计算技术三种加速技术,优化了数据存储结构,提高了数据访问效率,降低了算法复杂度.实验结果表明,快速算法充分利用了GPU的并行处理能力,在处理4 096x4 096分辨力的8位灰度图像时速度可达190 fps,是基于CPU实现的122倍.     

素数因子算法的FFT处理器的设计

为满足FFT运算速度的要求,提出了一种易于FPGA实现的素数因子算法FFT处理器的硬件结构。其中数据存储采用了乒乓RAM结构来实现,可以扩大吞吐量;数据缓存使用FIFO来实现,可以减少一半存储空间的使用;运算模块使用素数因子算法结合流水线结构,在一定延迟后可以连续输出结果;增加地址排序映射可以实现数据正序输入输出。     

天文图像序列中弱目标的实时检测算法

针对天文图像中运动弱小目标的检测问题,在分析天文CCD图像特点的基础上,根据待检测目标运动状态的不同,提出:1)在检测动目标时,对基于图像对称差分运算方法进行了改进,改进后的方法性能优于图像差分法,且硬件实现容易。该方法以连续三帧序列图像为一组处理对象,在进行绝对差运算之前,对图像进行对比度增强及均值滤波;2)使用形态学滤波的方法实现单帧静止多目标的检测,该方法采用top-hat算子完成背景的估计与目标的检测。为了实时实现所提出的动目标及静止目标的检测算法,设计了DSP FPGA硬件架构方案,并进行了外场实验。实验的结果表明,检测算法在硬件加速的情况下可以实时有效地检测到SNR≈2的弱小目标,并可以同时实时保存原始图像数据。     

基于脉冲耦合神经网络和遗传算法的图像增强

提出了基于脉冲耦合神经网络（PCNN-Pulse Coupled Neural Network）与遗传算法的图像增强算法．对PCNN模型进行了改进使之更适用于图像处理,并利用遗传算法的全局寻优能力自动搜索图像的最佳灰度阈值,再对图像进行处理．该算法既可有效地去除噪声,又能根据图像灰度性质自动选取最佳阈值,并对自适应分割后图像进行不同的灰度变换,从而实现了图像的自适应增强．试验结果表明,该算法显著提高了图像增强效果．     

高性能医学图像三维中值滤波去斑算法与实现

为了满足实时实现三维医学图像去斑应用的需要,本文提出一种新的实现三维中值滤波器的快速算法及其高性能VLSI结构.该方法根据二维数组部分排序结果的分布特征,采用一种三维部分排序技术,有效减少三维中值滤波算法的实现复杂度.理论分析和实验结果表明,该方法可减少约33%的计算复杂度和/或硬件资源需求,从而能有效减少三维中值滤波器软件实现的系统延时和硬件实现的系统成本和功耗.     

基于FPGA的可重新配置片上导航计算机设计

采用Virtex-4 FPGA芯片设计了片上组合导航计算机系统.该导航计算机使用FPGA内嵌的PowerPC硬核处理器进行导航运算,在FPGA逻辑中集成IP核来实现控制、接口通信和部分运算的硬件加速,提高了系统集成度.此外,该系统还可以通过硬件编程对FPGA逻辑进行重新配置,使该导航计算机在不同应用场合满足对接口、功能的要求.     

基于多尺度Retinex算法的彩色雾霾图像增强研究

介绍了基于颜色恒常性理论的Retinex模型,并重点分析了色彩恢复多尺度Retinex(MSRCR)算法的原理和实现方法。为验证基于Retinex理论的算法对图像增强具有良好的效果,以雾霾天气采集到的3幅彩色道路监控图像为实验对象,在MATLAB7.0软件中,利用MSRCR算法、直方图均衡化2种图像增强方法,对实验图像进行去雾霾处理,并通过主观评价、图像信息熵、亮度通道直方图来比较和分析2种算法的图像增强效果。研究结果表明:采用MSRCR算法可以还原出细节更丰富、辨析度更高的画面,且处理后的图像具有更大的信息熵,图像色彩也更接近原始图像。     

身管内膛检测系统设计及实现

针对目前火炮内膛检测存在的问题,结合计算机图像拼接技术,设计并实现了一种高精度、高可靠性、智能化的身管内膛疵病检测系统,主要由内膛观测硬件系统和图像拼接分析软件系统组成.观测硬件系统主要是通过CCD摄像头获取内膛疵病图像,由液晶屏实时显示并保存,包括CCD摄像头分系统、计算机分系统和便携式控制箱三大分系统;图像拼接分析软件系统是基于特征点稀少的图像拼接算法对内膛图像进行处理拼接,提供完整的分析图像.系统应用实验结果表明,能获得无缝、清晰、完整火炮身管内膛图像,满足炮管实时检测需要.该系统为实现直观、快速、准确地对火炮的质量、寿命等性能做出判断有较大的实用意义.     

红外图像实时增强的新算法

针对红外图像的特点,提出了一种红外图像实时增强的新算法。该算法通过分析图像的直方图,得到图像中目标像素数峰值的估计值,并作为平台直方图均衡化的阈值。用该阈值对直方图进行修正,然后通过修正后的直方图进行直方图均衡化。在FPGA内通过采用并行处理结构及流水线技术实现了该算法,并且每秒可处理25帧128×128×8bits的红外图像。理论分析和实验结果均表明,本算法克服了采用一般直方图均衡化增强红外图像的缺点?对背景和噪声增强过度,抑制了目标的增强。该算法对红外图像增强后,图像对比度是直方图均衡化增强后图像对比度的1.8倍。     

基于改进蛙跳算法的图像自适应增强研究

为了提高图像增强的效果,提出改进蛙跳算法。首先对蛙群分组,一组采用群体智能算法,另一组用自适应算法;基于实数算法对图像像素映射编码;然后通过模糊集合对蛙跳微调更新;最后以均方误差函数作为评价函数,通过Beta非线性变换函数最优参数值实现图像自适应增强。实验仿真结果得出:改进蛙跳算法对图像增强对比度较高,处理时间少,像素数据求解精度高。     

分块技术实现图像快速-高精度旋转

本文提出了一种分块技术,在保障图像旋转精度的前提下,实现图像的快速旋转.该算法只需对图像的一小块区域进行旋转,然后通过简单的坐标变换即可获得整幅旋转后的图像.同时为了便于硬件实现,提出了一种用于事先存储仿射变换信息的Dart模型,将该模型与图像分块技术相结合可以消除图像旋转算法中的浮点运算,使得算法适用于一些无法处理浮...     

数据采集与分析系统（下）

本文是数据采集与分析系统的第二部分,主要介绍分析处理系统的硬件结构和信号处理软件的开发。以TMS320C25和TMC2310为CPU的信号处理板与PC-AT计算机构成主从式硬件结构,完成对基阵信号的采集、分析和显示等功能,快速实现声呐信号处理的算法。     

顺序形态变换的图像增强算法

根据顺序形态变换的相关概念和性质,提出了一种新的图像增强算法。该算法通过对图像做局部加权均值滤波,得到图像增强的基值分量;采用多方位结构元素与图像边缘匹配,计算图像关于各个方位结构元素的加权均值并选取其中的最大值来确定边缘;将此最大值与基值分量之差作为增强分量来扩大图像灰度梯度的动态范围;针对图像中的高灰度区和灰度剧变区,应用图像局部均值和方差自适应调节增强系数。因此,算法在抑制图像中的高频噪声的同时,能有效提升图像中的边缘和目标。实验结果表明,增强前后图像标准差由41.1515,36.9133提高到62.0535,52.8331;图像熵由15.8463,16.8998减少到15.8156,16.8324。     

基于延时光照的Cook-Torrance光照模型计算技术

真实感图形的实时绘制是虚拟现实技术和计算机游戏软件的一个重要组成部分,笔者提出了采用延时光照技术的Cook-Torrance光照模型快速计算方法。首先介绍了Cook-Torrance局部光照模型的原理和特点,阐述了延时光照处理的基本思想,提出了基于延时光照的Cook-Torrance计算模型,并应用现代图形硬件加速技术实现了Cook-Torrance快速实时的延时光照计算。实验表明采用该技术在获取更高照片质量真实感图形的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求。     

一种实用的夜间航空图像增强算法

夜间航空图像的增强处理是图像处理的一项重要内容。本文提出了一种能用硬件实现的夜间航空图像增强算法，视觉效果改善明显，更适合于人眼观察和判读，是一个实用性很强的算法。     

基于FPGA的软硬件协同的多表哈希连接加速器

多表连接操作难以实现硬件加速。一方面,多表连接请求中表的数目不确定且连接方式多变,这种灵活的计算请求与固定的硬件行为之间存在矛盾;另一方面,多表连接的中间结果随表的增加而扩充,数据结构的管理和维护也要求更高的硬件开销。为支持灵活高效的多表连接计算,本文提出一种软硬件协同的优化方法。软件部分,将多表连接抽象为正向和反向2种计算模式并支持不同方式的多表连接。硬件设计采用访存和计算协同优化的方法:设计一种规则的硬件哈希表结构以提高内存访存带宽;设计支持正反向计算的同构专用计算引擎,配置多数据通道和指令控制系统实现高效的并行运算,提升多表哈希连接的计算效率。实验结果表明,相比中央处理器(CPU)执行表连接操作,单计算引擎能够提升性能9.2～11.0倍。通过多路并行的技术,实现8路并行的多表哈希引擎,能够充分利用板卡片外(DDR)内存带宽,实现相比CPU超过71.1倍的性能提升。     

用于身份识别的指纹图像增强算法研究与应用

研究了一种指纹增强算法,利用Gabor滤波器具有最佳时域和频域连接分辨率的特点和其良好的带通性,使用Gabor滤波器对低质量指纹图像进行了滤波去噪处理;使用纹线投票算法获取了指纹图像的纹线结构,在此基础上提取了指纹图像的方向信息,结合方向信息对图像进行了增强处理,实验结果表明,该算法的图像增强效果显著。     

FPGA图像动态优化跟踪系统

本文提出一种软、硬件相结合的图像动态优化系统用来提高图像处理和目标检测速度。利用FPGA硬件加速实现边缘分层距离图算法;在上位机中利用模板匹配和遗传算法(GA)进行优化搜索。实验结果表明:在图像分辨率为640*480的情况下,完成一次图像处理和识别(定位目标位置、姿态3自由度)的总时间小于35ms,基本满足高效实时的跟踪要求。