西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室, 陕西 西安 710071
本文提出一种基于JPEG2000标准的Bayer图像高性能RBCR(Remove Bayer Component Relation, RBCR)压缩算法。在RBCR压缩算法中, 根据Bayer图像相关性较高的特点, 对Bayer图像进行颜色分量分离, 得到处理单元子图, 对各子图进行1×4整型离散余弦变换, 降低Bayer图像中各颜色分量空间域内的相关性; 对变换后的各分量DCT系数使用标准JPEG2000算法独立完成小波变换、Tier1编码、MQ编码和率失真斜率计算等, 再基于率失真斜率联合截取方法完成各个分量的码流截取, 即使用相同的率失真斜率门限值, 按照率失真斜率值由高到低的顺序依次完成所有分量编码码块的码流截取, 最后各个分量的截取结果再进行独立的码流组织输出。在RBCR算法中通过加入DCT变换降低Bayer图像相关性和对各个分量码流的率失真斜率联合截取, 提高恢复图像质量且精确控制了码率。实验结果表明, RBCR算法与各个分量独立压缩方法相比, 恢复图像质量得到提升, 尤其在4倍的压缩倍数下效果最佳, 峰值信噪比平均提高1.814 dB,复杂峰值信噪比平均提高2.414 dB。可以满足深空探测低复杂度和高质量图像的要求。
图像压缩 Bayer图像 深空探测 image compression Bayer pattern image JPEG2000 JPEG2000 deep space exploration
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对Bayer图像色彩重建效果越好的算法需要越多计算量, 占用越多硬件资源问题, 提出了一种低复杂度的色彩重建算法。首先使用Hamilton-Adam (H-A)算法对Bayer图像进行预插值并求出色差通道, 接着通过求出5×5模板内判断插值方向的综合梯度因子, 重新更新G通道缺失像元值, 最后利用已重建的G通道求出缺失的R和B通道颜色。柯达测试图仿真结果表明, 相对于其他算法, 所提出的算法在PSNR上有较大优势; 相机输出图像的色彩重建结果表明, 本文算法在判断插值方向上的准确率更高; 可抑制其他算法插值后出现的斑点现象, 图像边缘清晰、完整。平均每个像元, 本文算法只需要56次算数运算, 不需要乘法和除法运算, 减轻了FPGA算法实现中IP核的负担, 易于硬件实现, 完全满足项目需要。
色彩重建 低复杂度 Bayer图样 色差通道 demosaicing low complexity Bayer pattern color-difference channel
1 商洛学院 物理与电子信息工程系, 河南 商洛 726000
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
3 西安交通大学-西安光学精密机械研究所空间视觉联合实验室, 西安 710049
为了从单片Bayer格式图像探测器中获取更高分辨率实时彩色图像, 设计了一套基于FPGA硬件的彩色图像实时采集系统。重点研究了影响彩色图像质量的Bayer格式图像去马赛克放大算法, 该算法首先估计原始Bayer格式图像中丢失的绿色通道信息; 然后计算颜色差R-G和B-G; 接着将梯度方法用于确定丢失的绿色像素, 放大绿色通道; 最后, 放大颜色差值图像R-G和B-G, 再结合放大的绿色通道, 便可恢复出红色和蓝色通道信息, 得到放大全彩色图像。为了减少数据量, 设计了基于FPGA的JPEG压缩功能, 同时设计了千兆以太网(GigE)图像传输机制, 使系统数据吞吐率大大提高。试验数据表明, 在分辨率为2352×1728、帧频为20f/s的情况下, 可以实时输出全彩色放大图像。目前, 系统已经工程应用, 其优异表现满足了项目实际需要。
Bayer格式图像 去马赛克 放大 Bayer pattern image demosaicking zooming FPGA FPGA
1 商洛学院,陕西 商洛 726000
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
3 西安交通大学-西安光学精密机械研究所 空间视觉联合实验室, 陕西 西安 710049
为了从单片Bayer格式图像探测器获取高质量实时彩色图像, 研究并设计了一套基于FPGA硬件的彩色图像实时采集系统。介绍了针对MT9M011图像探测器的寄存器配置时序的设计。重点研究了影响彩色图像质量的Bayer格式图像去马赛克算法, 该算法首先对Bayer格式原图进行二阶拉普拉斯修正, 利用色差和梯度关系确定丢失的绿色分量, 再结合给定像素周围的4个色差进行插值计算, 分别得到丢失的红色分量和蓝色分量, 从而完成彩色图像的恢复。设计了基于千兆以太网(GigE)的图像传输机制, 使系统数据吞吐率大大提高。实验数据表明, 系统插值算法在峰值信噪比(PSNR)方面相比双线性插值, R、G、B三通道均提高约15 dB左右, 图像目视细节丰富, 伪彩色得到有效抑制; 在分辨率为1 280×1 024、帧频为15 f/s的情况下, 可以实时输出全彩色图像。目前, 系统已经工程应用, 其优异表现满足了项目实际需要。
Bayer格式图像 去马赛克 千兆以太网 bayer pattern image demosaicking GigE FPGA FPGA
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春130033
基于Bayer模板的单CCD 相机通过彩色滤波阵列采集图像数据,图像中的每个像素只有红、绿、蓝3种颜色分量中的一种, 为提高图像分辨率, 获取高质量的彩色图像, 需要通过色彩还原方法恢复另外两种颜色分量。线性插值方法算法简单、运算速度快, 在数字图像色彩还原中经常采用。文章结合Bayer模板结构特点, 介绍目前常用的3种色彩还原插值算法, 包括基于像素复制法、双线性插值法和高质量插值法, 分析和讨论了这些算法的思路和性能特点。通过样本图像色彩还原对比实验, 对各种算法进行了图像质量和处理速度性能比较, 结果表明,高质量插值法还原图像细节丰富, 具有最佳的色彩还原性能。文中最后对色彩还原技术的未来发展趋势进行了展望。
Bayer模板 色彩还原 彩色滤波阵列 线性插值 Bayer pattern demosaicing algorithm color filter array linear interpolation
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对彩色高清图像远程网络传输带宽需求过大的问题, 提出了基于ADV212图像压缩芯片结合FPGA的压缩、传输解决方案。设计中以彩色高清Bayer格式CMOS作为图像传感器, 使用ADV212实现对图像的快速高质量压缩, 通过FPGA实现整个系统的控制逻辑, 实现对ADV212的配置、驱动以及压缩前图像的分配和压缩后码流数据的打包处理。实验表明该系统可以保证接收图像具有较高的峰值信噪比, 能够长期稳定地工作在36 Mbyte/s的图像输入条件下, 且该系统具有体积小、使用灵活方便、带宽占用低和压缩率可调等优点。
以太网 ADV212 ADV212 FPGA JPEG2000 FPGA JPEG2000 Bayer Pattern Bayer pattern Ethernet
1 重庆大学光电工程学院, 重庆400030
2 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400030
图像的色彩复原是彩色图像采集系统的关键技术,决定了采集图像的质量.针对目前CMOS 图像传感器广泛使用的Bayer 格式图像,介绍了双线性插值法,梯度检测插值法和相关性插值法三种色彩复原算法;然后建立了基于Altera公司Cyclone II系列FPGA芯片的图像采集系统,并采用Verilog硬件描述语言在FPGA 上实现了色彩复原算法.实验结果表明,该FPGA利用其丰富的内部硬件资源和并行处理的优势,能实时准确地完成色彩复原工作,同时,相关性插值法获得了最高峰值信噪比,恢复的彩色图像边缘清晰平滑.
色彩复原 现场可编程门阵列 Bayer型格式 相关性 color reversion FPGA bayer pattern signal correlation
