Bayer图像色彩还原线性插值方法

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。

应用字典学习算法改善Bayer格式图像彩色恢复效果

利用单片探测器获取彩色图像,插值算法的优劣对结果起着决定性的作用。为了改善恢复效果,该文设计了一种基于字典学习的非线性Bayer格式图像彩色插值算法。根据图像梯度的变化,首先,在上下左右方向利用局部方向插值方法(LDI)对Bayer格式图像进行合并计算,用高斯混合模型(GMM)分类法训练字典,运用主分量分析(PCA)方法提取训练结果中的主要分量为学习提供样本,通过学习,得到R,B通道缺失的G分量。然后,应用G分量,插值得到另外两种缺失分量R和B,从而得到彩色图像。选取McMaster图像集作为字典,分别用算法对标准图像和使用DALSA公司彩色CMOS探测器开发的相机实际拍摄的图像进行插值恢复,较其它几种算法,视觉上伪彩色最少,峰值信噪比最优。整体性能优于现有的很多其它插值算法。

低复杂度Bayer图像色彩重建算法

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。

一种改进的Bayer图像彩色恢复差值算法

图像传感器采集到的都是经过滤波镜.片后的Bayer格式马赛克图像,为了恢复丢失掉的色彩信息,必须经过插值计算。针对图像采集系统处理的实时性要求,结合自适应插值法和三角函数法则,提出了一种适用于硬件实现的新算法。给出对算法性能的评估数据和MATLAB仿真图片,对比了算法的处理效果,最后基于实际应用的需求对该算法的硬件实现难度进行了分析。实验结果证明,改进算法在图像边缘的处理上效果更好,基于硬件的实现方式也能保证系统的实时性。

面向深空探测Bayer图像的高效编码

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1.814dB,复杂峰值信噪比平均提高2.414dB。可以满足深空探测低复杂度和高质量图像的要求。

利用信号相关对BAYER格式图像色彩复原

目前将单CCD采集的BAYER CFA格式图像进行色彩复原有两种通用方法:双线性插值和边缘检测.为了降低这两种方法在图像边缘引进错误颜色的数量,根据RGB彩色图像中R、G、B三个色彩通道的高度相关的特性:即在5×5像素的小区域内认为绿色减红色以及绿色减兰色为常数,提出了利用信号相关对BAYER格式图像彩色复原的方法,并通过SNR(信噪比)和NCD(归一化彩色差异规范)两种评估方法进行检测.从实验结果可以看出文中提出的方法相对于通用方法提高了图像的信噪比,锐化了图像的边缘,减少了图像高频信息的错误像素的数量,提高视觉质量.

单幅Bayer格式图像的快速去雾方法

为了降低雾天对成像的影响,获得实时的去雾效果,对彩色图像处理流程进行改进,提出一种新颖快速的基于Bayer图像和暗原色先验模型的单幅图像去雾方法。针对Bayer图像像素排列特点,对原有暗原色先验去雾算法进行了优化和改进。运用四叉树细分算法估算大气光,根据Bayer图像特点修正了引导滤波器(Guided Filter),并利用修正的滤波器优化大气透射图,恢复出无雾Bayer图像,采用去马赛克及系列后处理算法获得清晰的显示图像。实验结果表明,新方法在一定程度上改善了原算法去雾效果,并显著提高了运算速度。

基于TMS320DM642 BAYER格式图像色彩复原的实现

针对CMOS图像传感器输出的Bayer格式的图像数据,利用TI公司的TMS320DM642数字信号处理器的专用视频端口,可以实现图像捕获、数据传输的无缝连接的特点,构建了以DM642为核心的图像实时处理系统。在DM642中采用两种通用方法(双线性插值、边缘检测)和文中提出的信号相关的方法,将从Bayer公司的CMOS图像传感器所捕获的8位Bayer格式图像数据,转换为24位RGB格式彩色图像数据,并通过PSNR(信噪比)和NCD(归一化彩色差异规范)两种评估方法进行检测。从实验结果可以看出文中提出的方法相对于通用方法提高了图像的信噪比,锐化图像的边缘,减少了图像高频信息的错误像素的数量,提高视觉质量。

Bayer格式图像压缩方法及FPGA实现

单片CCD或CMOS传感器数字相机采用CFA获得彩色图像信息。在分析Bayer格式图像特殊性的基础上,讨论了Bayer图像的几种压缩方法,提出了用色度空间和频域误差等多种方法评价压缩算法性能的方法,这些方法较全面地反映了算法的性能差异并为合理选择提供了依据。最后,提出了一种算法的FPGA实现方案,经验证其性能满足设计要求。

结合Bayer模式与局部相关模型的Demosaicing算法

结合差值模型与小波变换理论,提出高频相似模型,并在理论分析的基础上,给出产生该模型时小波变换应满足的条件;从Bayer模式的内在特征出发,找到其与小波变换过程巧妙结合的方法,进而提出了R,B平面的一种有效重构方法．该方法不用迭代,大大缩短了重建时间,与Gunturk等所提方法的计算代价之比为19:432．文中还给出了一种完整的demosaicing算法,对比实验表明,所提算法在重建效果和计算代价上都明显占优．

基于FPGA+DSP技术的Bayer格式图像预处理

提出一种针对CMOS图像传感器采集的Bayer格式图像预处理系统,与传统的DSP图像处理系统相比,该系统利用Spartan-3系列的XC3S1500和TMS320DM642型DSP相结合实现图像捕获、图像预处理等功能,采用支持USB2.0的CY7C68013将图像信息传送给上位机。在FPGA中采用双线性插值法将CMOS图像传感器采集的Bayer格式图像数据转换为RGB格式图像数据,并转换成Y亮度信号。实验结果表明,该系统能处理分辨率达500万像素的Bayer图像,并最终以20 Mb/s的带宽将亮度信号传输给上位机,缩短了开发周期,提高了图像处理的实时性。

基于FPGA的Bayer图像彩色恢复快速算法研究及实现

分析了一种基于Bayer滤色矩阵的图像彩色恢复快速算法,该算法采用考虑相关性的边缘定向线性插值法,运算速度快,恢复图像边缘清晰,并使用FPGA实现上述算法,充分发挥FPGA的并行处理能力,大大提高了运算速度。

FPGA中实现Bayer模板双线性插值算法的改进

针对单板CMOS图像传感器采集的Bayer模板的数据,结合FPGA硬件结构FIFO_DFF构成3×3插值模板,提出一种改进的双线性插值算法。插值过程中利用当前要还原的分量同通道的水平、垂直以及两个对角线方向上的已知分量进行边缘检测,用梯度小的方向的分量进行插值还原缺失的分量。实验结果表明,在FPGA中使用该算法插值得到的图像色彩准确,增强了图像的边缘和细节,图像清晰度高。

FPGA中Bayer到YCbCr图像格式转换的设计

提出了一种基于FPGA平台的Bayer到YCbCr格式数据转换的设计方法。在Bayer到RGB格式转换阶段,对CMOS传感器输出的Bayer格式数据采用3×3双线性插值算法恢复真彩色图像;在RGB到YCbCr色彩空间转换阶段,结合色彩空间转换公式,优化数字逻辑结构进行硬件描述语言设计。实验仿真结果验证了系统设计的可行性及Bayer到YCbCr格式转换的正确性。

基于Bayer滤镜的彩色图像复原方法

通过对非自适应的双线性插值法、平滑色调转换插值法、边缘检测插值法、基于模式识别的插值法等几种复杂的保边缘效果更好的插值算法进行应用比较和实验分析,建立了基于模式识别的自适应插值方法的图像边缘样本模型,该方法在匹配图像边缘的基础上进行自适应的插值,取得了最好的复原效果,从而证明了其在空间科学实验应用中的有效性。

一种Bayer图像的插值与去噪方法

为了改善彩色图像还原效果,降低硬件设计复杂性,分析了彩色插值对脉冲噪声的影响,以及彩色插值与去噪先后顺序对图像质量造成的影响,提出一种基于5×5窗口的先去噪后插值的彩色图像还原方法。采用阈值检测噪点的中值滤波算法去除Bayer图像的脉冲噪声,后采用基于梯度的插值算法完成彩色插值。仿真结果表明,该方法还原的图像性能指标优于传统方法,可以有效去除脉冲噪声,同时较好的保留图像细节,且算法复杂度不高,实时性好,易于硬件实现。

基于梯度局部一致性的自适应Bayer模式彩色图像恢复算法

基于图像局部梯度具有明显一致性先验,提出了一种基于梯度局部一致性的自适应Bayer模式彩色图像恢复算法。算法在恢复绿色通道时首先从垂直和水平两个方向的进行插值,得到候选插值结果。然后根据彩色通道结构相似的特点,提出利用多通道梯度线性加权估计图像局部梯度,并利用引导滤波实现用时域图像边缘结构对图像局部梯度进行一致化校验,从而提高边缘估计的精度。然后将一致化校验后的梯度特征与候选插值进行自适应融合得到最终绿色通道插值。最后依据图像通道之间的结构相似性先验,利用绿色通道结构细节实现对红色和蓝色通道重构图像的修正,从而恢复完整的去马赛克彩色图像。通过在Kodak和IMAX两个数据库进行的有效性验证,并与其他最新方法进行的性能对比,结果表明恢复图像主观视觉特性和客观评价指标都优于传统方法。此外,由于不涉及迭代和网络训练,具有高效性。

基于RAW域的低光照图像质量增强方法

考虑原始图像(RAW图像)中的噪声未经过相机ISP的复杂非线性映射,更加容易建模,提出基于RAW域对低光照图像进行质量增强,以获得清晰的、高质量的图像.首先,将由相机传感器捕获的RAW图像进行线性插值,获得RGGB共4个通道的彩色图像,并模拟不同曝光程度的图像;其次,设计神经网络模型来学习不同曝光程度的RAW图像与正常曝光图像的映射关系,该神经网络采用了自编码器结构,并嵌入了通道注意力模块,以提取并增强图像中的纹理与细节特征;最后,在神经网络训练时,引入了结构相似性损失和梯度下降损失,引导网络生成与参考图像之间结构相似性和色彩关联性较高的高质量图像.该方法在SID数据集上进行了训练和测试,PSNR达到了29.7380 dB,MPSNR达到了30.2334 dB,均高于目前流行方法(如EnlightenGAN,Zero-DCE,SID,Residual和ALEN等);在主观质量方面,该方法生成的图像质量显著优于比较方法,无明显噪声和色斑伪影,颜色也更加真实细腻.

基于ADV212的远程图像采集系统设计

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FP-GA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36Mbyte/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。

基于FPGA和CMOS传感器的三维高清实时视频系统

利用现场可编程门阵列(FPGA)高速和并行处理的特点,结合高清CMOS图像传感器,设计基于FPGA的三维高清实时视频处理系统,分析CMOS图像传感器的配置方法以及两路CMOS图像数据的输出处理和图像数据的Bayer格式转换算法.研究并实现了基于FPGA的DDR2SDRAM分时读写操作的处理方法,实现720像素/120Hz三维高清视频图像的实时显示.视频显示清晰稳定,系统延时约为1/30秒.