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CMOS图像传感器白平衡数字处理电路设计

作　者: 闫格
导　师: 刘贵忠
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: CMOS AWB 自动白平衡灰色世界理想反射镜
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 7次
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内容摘要

CMOS图像传感器与CCD相比,由于能将时序处理电路和图像信号的前端放大与数字化部分以及图像集成于一个芯片内,因此其的发展一直受到业界的高度重视。并且它以其低廉的价格、较好的图像质量、高集成度和相对较少的功耗,在视频监控、多媒体领域得到更加广泛的应用。本文阐述了针对单片CMOS图像传感器中数字预处理电路自动白平衡算法模块(AWB)的设计与实现。因为是单片系统设计,要求电路设计具备规模小,消耗资源少,功耗小,以及方便移植等特点。通过对前人提出的自动白平衡算法的MATLAB仿真比较,兼顾实现复杂度和处理效果两方面因素,本文提出了一种灰色世界和理想反射镜相结合的方法进行颜色校正。两种算法的结合互补,使得本算法的适用范围得到扩展,一定程度上弥补了两种算法各自的不足。使用这种算法不需要存储图像便能完成白平衡增益的计算。为了节约资源和满足实时性,本设计中规划了算法中统计区域和运算区域,并通过状态机控制一个除法器做连续除法运算。为了提高电路的适用频率范围,增强设计的可移植性,在数据处理部分采用了流水线乘法器。为了进一步降低功耗,设计中还采用了隔帧启动白平衡机制。设计采用Verilog硬件描述语言进行各子模块的设计,并用MATLAB和Verilog结合的方法生成测试激励源,对设计进行验证。通过在不同色温环境下的测试,本设计对图像偏色有较好的校正效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 CMOS图像传感器概述  8-10
  1.2 视频信号预处理  10-14
    1.2.1 色彩插值  10-11
    1.2.2 自动聚焦  11-12
    1.2.3 自动曝光  12
    1.2.4 伽玛校正  12-13
    1.2.5 图像增强  13
    1.2.6 白平衡  13-14
  1.3 选题目的和意义  14-16
第二章白平衡算法研究  16-34
  2.1 光源色度学简介  16-18
    2.1.1 色温  16-17
    2.1.2 常见色温的RGB和YCrCb曲线  17-18
  2.2 算法理论基础  18-19
  2.3 灰色世界法  19-22
    2.3.1 算法原理及其仿真  19-20
    2.3.2 灰色世界法失效研究  20-21
    2.3.3 失效解决方法研究  21-22
  2.4 理想反射镜法  22-24
    2.4.1 算法原理及其仿真  22-23
    2.4.2 理想反射镜法失效研究  23-24
    2.4.3 失效解决方法讨论  24
  2.5 基于人脸识别的局部白平衡算法  24-26
    2.5.1 人脸识别算法原理简介  25
    2.5.2 算法评价  25-26
  2.6 模糊规则法  26-28
    2.6.1 算法实验  26
    2.6.2 算法实现基本步骤  26-28
  2.7 动态白点检测法  28-29
  2.8 白色区域模型法  29-30
  2.9 基于数字IC设计的灰色世界理想反射镜互补算法  30-34
    2.9.1 算法原理  31-33
    2.9.2 算法客观评估分析  33-34
第三章白平衡数字处理电路设计  34-52
  3.1 设计流程  34-35
  3.2 模块功能描述及子模块功能划分  35-36
  3.3 模块接口设计  36-39
    3.3.1 顶层模块接口  36-37
    3.3.2 工作模式选择模块接口  37
    3.3.3 统计模块接口  37
    3.3.4 增益计算模块接口  37-38
    3.3.5 数据处理模块接口  38
    3.3.6 模块接口连接  38-39
  3.4 工作模式选择模块设计  39-42
    3.4.1 自选择色温环境的白平衡工作模式  39-41
    3.4.2 自动白平衡工作模式  41-42
  3.5 图像统计模块设计  42-44
    3.5.1 统计区域规划  42
    3.5.2 连续累计求均值算法  42-43
    3.5.3 统计模块状态机  43-44
  3.6 自动白平衡增益模块设计  44-47
    3.6.1 除法器设计  44-46
    3.6.2 工作状态机设计  46-47
  3.7 数据处理模块设计  47-52
    3.7.1 增益数据采集  47-48
    3.7.2 流水线乘法器设计  48-50
    3.7.3 行帧有效信号同步  50-52
第四章白平衡模块仿真测试  52-67
  4.1 仿真平台建立  52-54
  4.2 白平衡各模块测试  54-63
    4.2.1 测试激励产生  54-58
    4.2.2 功能选择模块功能仿真  58-59
    4.2.3 图像统计模块功能仿真  59-60
    4.2.4 自动白平衡增益计算模块仿真  60-61
    4.2.5 数据处理模块仿真  61-62
    4.2.6 顶层模块仿真  62-63
  4.3 白平衡各模块FPGA综合时序分析  63-65
    4.3.1 时序分析基础  63-64
    4.3.2 FPGA时序分析结果  64-65
  4.4 FPGA资源占用情况  65-66
  4.5 小结  66-67
第五章总结与展望  67-70
  5.1 总结  67
  5.2 白平衡增益计算改进  67
  5.3 理想反射镜法改进  67-68
  5.4 图像采样统计  68
  5.5 通用性研究  68-70
参考文献  70-72
发表论文和科研情况说明  72-73
致谢  73

CMOS图像传感器白平衡数字处理电路设计

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