图像处理及镜头自动调控电路设计.pdf

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)EP3C25F256I7的图像处理及自动调控电路。该电路主要完成可见光图像的直方图均衡、中值滤波60激光与红外第43卷监控。叉、自动调焦前后的图像对比效果,由于图像在进行首先计算叠加点周围区域内的灰度级平均值,中值滤波前后效果对比不够明显,在此不作对比。然后将该平均值与某一阈值作比较,若小于阈值则将该点设置为高灰度级,反之则将该点设置为低灰度级,即叠加与其背景灰度级对比强烈的十字叉以助于观察。阈值可通过实验选取。3.4图像清晰度计算“清晰度法自动调焦”通过图像清晰度评价函数对可见光镜头不同焦面位置成像的清晰度进行评图4直方图均衡前后图像对比价,利用“正确对焦使图像最清晰”这个特征找到正〓确对焦位置。本文选用 Tenengrad函数来表征图像清晰度-。 Tenengrad函数利用 Sobel算子来估计图像在水平方向和垂直方向的梯度,其表达式如公式(3)~式(5):图5叠加十字叉前后图像对比f1)=∑∑[I(x,y)]2(3■(x, y)+G(x, y)(4)f(1)>式中,C2(x,y),G(x,y)分别为水平和垂直方向的计算模板;分别是可见光图像矩阵与 Sobel算子的卷积, Sobel算子在X,Y方向各有一个:图6自动调焦前后图像对比-101本文设计的可见光图像处理及自动调控电路满202足实时性、低功耗及小型化的工作要求。10(1)实时性。本文设计中,实现直方图均衡、中121值滤波和叠加十字叉等功能所导致的图像延时均小000于0.2ms,自动调焦可在3s内完成。1-2(2)低功耗。在本文电路设计中,采用的器件是一个阈值,可以通过实验选取。均为低功耗器件;并且在无信号输入时,自动关闭部由于该方法计算量较大,本文将公式简化为公分芯片,进入节电模式。式(6):(3)小型化。本文电路均采用集成性较高的器f(1)=∑Σ|G2(x,y)|+|G,(x,y)|>(6)件,这样大大减少了整个电路所使用的器件数目;同该公式可以极大地减少计算量,提高图像处理时封装均为贴片式,因此电路具有小型化、集成度高速度,且计算结果满足图像清晰度要求。等优点。VHDL实现过程:与中值滤波模块类似,首先由串行视频流生成3×3矩阵,再使用图像矩阵分别与参考文献:S,和S,算子卷积并取绝对值,把绝对值相加,得到1] Chen Zheng, Ji Shupeng. Enhancement algorithm of infra-个像素的边缘信息,对每个点都进行计算并做累red images based on Otsu and plateau histogram equaliza-加,就可以得到整场图像的清晰度参量。将此参量tion[ J]. Laser Infrared, 2010, 40(4): 438-441.(in实时传递给自动调控电路,自动调控电路以此为依Chinese据控制焦面位置不断变化,直至聚焦参数最大,可得陈峥,吉书鹏,一种基于Otsu法和平台直方图均衡的红外图像增强算法[J].激光与红外,2010,40(4聚焦清晰的图像。438-441.4实验结果与结论[2 Zhang Hansong, Wang Ying. Infrared image process based图4、图5、图6分别为直方图均衡、叠加十字on LabVIEW[ J]. Laser Infrared, 2011, 41(9)激光与红外No.12013王金波等图像处理及镜头自动调控电路设计1002-1005. (in Chinese)mal equipment[J. Laser Infrared, 2009, 39(6)张寒松,王颖基于 LabVIEw的红外成像图像处理方688-690.( in Chinese)法及应用「J].激光与红外,201],41(9):1002-1005.贾晓飞,李官斌,陈德智,等.非制冷红外热像仪的快[3] Li Mingxi, Mao Hanping, Zhang Yancheng. Study of the速自动调焦算法设计[J.激光与红外,2009,39(6)actual image denoising method based on lift wavelet anal688-690.ysis and median filter technology[J ]. Laser Infrared, [5]Gong Guangyong, He Wenzhong, Gao Xuhui. Optimized2007,37(10):1109-111.( in Chinese)mountain climb-searching of auto-focusing in infrared im-李明喜,毛罕半,张艳诚基于提升小波变换和中值滤aging system[ J J. Laser Infrared, 2007, 37(11波的图像去噪方法研究[J].激光与红外,2007,371213-1215.( in chinese)(10):109-111宫光勇,何文忠,高旭辉.红外系统中自动调焦爬山搜[4] Jia Xiaofei, Li Yibin, Chen Dezhi, et al. Design of high索算法的优化设计[J].激光与红外,2007,37(11)speed arithmetic of auto-focus in uncooled infrared ther-l213-1215.