基于FPGA的Bayer彩色自动白平衡设计与实现

针对物体在不同色温光源照射下呈现偏色的现象,用FPGA实现对Bayer CCD数字相机的自动白平衡处理。根据CFA(Color Filter Array)的分布特点,利用双端口RAM(DPRAM),实现了颜色插值与色彩空间转换。在FPGA上设计了自动白平衡的三大电路模块:色温估计、增益计算和色温校正,并连接形成一个负反馈回路,然后结合EDA设计的特点,改进了增益计算的过程,有效地抑制了色彩振荡现象。

大面阵彩色CCD航测相机的辐射定标

以大面阵彩色CCD航测相机为研究对象,分析其成像过程,提出了影响相机辐射响应特性的各个因素,并以此为基础,建立了辐射响应特性模型。分别在暗场和使用积分球的条件下进行了辐射响应标定实验,通过组合更改输入辐亮度、曝光时间和CCD增益等因素对相机的辐射响应特性进行测量和分析。结果表明,相机R、G、B颜色通道随输入辐亮度变化的辐射响应特性并不相同,但在工作谱段范围内均呈线性变化趋势。采用最小二乘法对辐射标定数据进行拟合,一次多项式拟合结果的决定系数R2值均可达到0.999以上。当输入辐亮度不变时,相机输出图像灰度值随曝光时间或CCD增益的变化呈线性变化趋势,从而为其它工作条件下辐射响应特性曲线的推演奠定了理论基础。将相机辐射响应标定结果应用于相机调光功能,成像结果表明,获得的图像亮度适中,图像平均灰度值满足调光要求。

数字式CMOS摄像头在智能车中的应用

介绍数字式CMOS摄像头MT9M011的工作方式;提出MT9M011在基于HCS12单片机的智能车控制系统中的应用方案,针对采集图像时遇到的问题给出了相应的解决方法;分析数字式CMOS摄像头相对于模拟摄像头的优势和不足。

可用于数码相机的新型滤色器研究

本文在三色光栅编码摄影技术的基础上提出了新型三色光栅式滤色器 ,并进一步提出了 YIQ色度型滤色器 ,经原理分析和计算机仿真研究发现 ,YIQ型滤色器和现行的 Bayer型滤色器相比 ,在保持获取绿色信号上限频率不变的情况下 ,提高了获取红蓝色信号上限频率 。

高帧频DVI接口彩色CMOS数字相机系统设计

针对高帧频彩色CMOS图像传感器在机器视觉高速成像领域中的应用,本文介绍利用高性能可编程逻辑器件FPGA实现CMOS图像传感器MI-MV13的高速驱动时序的设计,并且在FPGA内部设计了高速FIFO缓存器和双口RAM来完成Bayer彩色阵列图像数据的实时同步转换输出RGB彩色分量。最终由2片专用DVI接口集成芯片SiI178实现了DVI-IDualLink模式的高帧频高分辨率彩色图像输出,DVI接口方便显示终端和高速存储设备链接。该相机系统具有集成度高、低功耗、接口通用紧凑、传输带宽高的优点。

窄带快照式多光谱成像色彩还原方法

由于兼具光谱分辨和空间分辨能力,快照式窄带多光谱成像在资源遥感、精准农业、医疗检测等领域将有广泛应用。由于该方法使用窄带成像来提高光谱分辨率及图像对比度,所获得的图像是灰度信息,失去了场景的色彩信息,不便专家对图像鉴别、评价与赏析。已有的色彩还原算法主要针对光谱波段带宽较宽或者多个波段叠加基本覆盖整个可见光谱范围等两种光谱成像仪,不适合窄带多光谱成像方法的色彩还原。该研究适合于快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法,提出建立窄带多光谱彩色相机的概念。首先,提出两种窄带多光谱色彩还原方法:(1)基于CIE色度系统三刺激值色的,(2)基于贝尔阵列插值算法的;其次,分别应用两种算法还原快照式窄带多光谱相机所获得的植物、手臂及宫颈组织等三种代表性场景窄带多光谱灰度图像;之后,计算并比较表征两种算法所得的代表性场景彩色图像的均值、方差、熵及梯度等表征图像质量的参数数值,确定出适合快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法;最后,对所确定的色彩还原算法进行色偏校正。实验结果表明,基于CIE三刺激值色彩还原方法比贝尔阵列插值法更适用于窄带多光谱成像颜色复原。配合使用CIE三刺激值色彩还原方法及灰度图象校正算法,从窄带光谱成像所获得的植物、手臂皮肤及宫颈组织的灰度图像所还原出的近彩色图像逼近物体真实色彩,满足人眼观察习惯。介绍了仅覆盖可见光光谱范围30%的窄带多光谱图像进行色彩还原的方法,该方法证明快照式窄带多光谱成像可以兼具光谱分辨能力,同时保持可供人主观辨识的色彩信息。所提出实现快照式窄带多光谱彩色成像的方法,有望设计不同于传统RGB相机的彩色相机实施方案。

一种适合数字相机实时处理的插值算法

为保证图像还原质量的情况下实现数字相机实时处理的功能,提出了一种基于梯度的单通道独立插值算法。通过引入绿色分量的水平、垂直梯度及梯度差值的阈值不仅可以使图像的边界信息得到更好的保存,也可以使平滑区域的色彩更加平滑。同时引入红色、蓝色分量的斜45°、斜135°方向的梯度作为边界判定的补充,保证三种颜色通道的边界都能得到有效判断,使整个图像边界变得更清晰。为验证算法的插值效果,采用Matlab进行仿真测试。仿真表明:该插值算法在平滑区和边界都能得到较理想的效果,相对最近邻插值和双线性插值边界,拉链现象明显降低。理论分析表明:该算法避免了复杂的乘除运算,易于硬件实现,且适宜于并行处理。

Bayer滤波型彩色空间相机的调制传递函数检测方法

为解决Bayer滤波型彩色空间相机调制传递函数(MTF)检测困难的问题,对计算方法和检测方式进行改进。提出一种先对三基色颜色分量单独进行MTF检测,再根据光源的定标结果加权得到彩色图像测试结果的方法,解决了由插值造成的像质进一步退化,且可能会使空间频率提前截止的问题。通过对边缘检测和边缘扩展函数数据处理两个关键步骤的改进,对刃边法进行了优化。首先,利用抵抗噪声能力强的Canny算子进行图像边缘拟合,并利用自适应滤波函数和最大类间方差法对Canny算子进行改进,解决了噪声影响刃边拟合精度的问题;然后,提出一种基于非均匀快速傅里叶变换的边缘扩展函数处理方法,降低了平滑数据带来的误差,提高了均匀化处理精度;最后,完成了某型号Bayer滤波型彩色空间相机的MTF测量实验。仿真和实验结果表明,所提出的解决方案能够实现Bayer滤波型彩色空间相机MTF的高精度检测。

CCD/CMOS彩色数字相机颜色串扰效应研究

彩色数字相机的图像通道分离原理在单相机三维变形测量以及温度、变形同步测量等实验力学领域中有重要应用。在进行R、G、B通道分离时,颜色串扰效应会显著影响测量的精度。采用3CCD/CMOS彩色相机和拜尔彩色相机进行滤光拍摄对比实验,发现拜尔彩色相机中存在较为严重的颜色串扰效应,而3CCD/CMOS彩色相机基本无此效应。基于两种彩色数字相机的成像原理与特点,结合其光谱响应特性,进行了成像模拟和色彩还原插值模拟。研究结果表明,相机的光谱响应特性是颜色串扰效应产生的关键因素,而后处理色彩插值过程对其影响较小。上述研究结果可为基于图像通道分离的高精度测量设备研制提出改进方向和建议。