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CIS白平衡及对比度增强研究与硬件验证

作　者: 宿晓慧
导　师: 姚素英
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: CMOS 图像传感器 自动白平衡 对比度增强 测试平台
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


结合CMOS图像传感器(CIS)自身特点及发展现状可知,将CIS同图像处理模块片上集成,是其发展的主流趋势。通过对图像处理算法进行优化,在提高算法处理效果的同时降低硬件消耗,可以避免对CIS产生较大噪声影响,有利于提高图像质量、节省面积和功耗。本文对两个重要的图像处理模块:自动白平衡模块和对比度增强模块,进行算法优化和硬件验证,主要内容包括:算法提出、软件建模、效果分析、精度分析、硬件实现、FPGA测试平台搭建、硬件调试验证、结果分析及DC综合等。在白平衡方面:本文提出了一种基于色差的自动白平衡算法,通过色差比较滤除色块内部点,使得色温统计更加准确。色差比较选用CIE 1976 Lab色差公式,根据硬件实现要求,采用分段线性拟合,并对拟合精度和调节效果进行主观评价和客观分析。本文提出的同曝光结合自动对比度增强算法,连接了图像采集领域和图像后处理领域。前者通过减小曝光目标值,提高对高亮度区域信息的捕捉能力;后者在保证增强前后灰度级不损失的前提下,对低亮度区域进行增强,实现明暗区域兼顾的目的。最后从主客观两方面出发,确定曝光参数、分析比较增强结果。为了测试两算法的硬件实时工作情况,搭建了FPGA测试平台。平台搭建工作包括编写和调试以下辅助模块:控制信号传输模块、插补模块、自动曝光模块、灰度世界白平衡模块等。通过对白平衡模块和对比度增强模块硬件调试结果分析,表明两算法调节效果显著,模块工作正常,符合设计要求。FPGA综合和DC综合均表明设计能够满足时序要求,在较低的硬件开销下,取得了较好的图像效果,完成了预定设计目标,可以同CIS模块进行集成。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-13
    1.1.1 CMOS图像传感器特点  9-11
    1.1.2 CIS ISP现状和发展趋势  11-13
  1.2 课题意义和主要内容  13-14
  1.3 论文章节安排  14-15
第二章 基于色差的自动白平衡  15-33
  2.1 基于色差的白平衡算法  15-20
    2.1.1 算法原理  15-16
    2.1.2 色差公式及阈值选取  16-17
    2.1.3 算法精度分析  17-20
  2.2 软件仿真结果  20-24
    2.2.1 色差白平衡同灰度世界白平衡对比  20-23
    2.2.2 硬件实现精度分析  23-24
  2.3 硬件实现情况  24-33
    2.3.1 白平衡模块概述  24-25
    2.3.2 色差统计子模块  25-31
    2.3.3 增益计算子模块  31-33
第三章 同曝光结合的自适应对比度增强  33-46
  3.1 同曝光结合对比度增强算法  33-38
    3.1.1 算法原理  33-35
    3.1.2 灰度映射部分  35-36
    3.1.3 色彩恢复部分  36-38
  3.2 软件仿真结果  38-42
    3.2.1 曝光目标值选取  38-39
    3.2.2 算法效果评价  39-42
  3.3 硬件实现情况  42-46
    3.3.1 对比度增强模块概述  42-43
    3.3.2 灰度映射子模块  43-44
    3.3.3 色彩恢复子模块  44-46
第四章 FPGA验证平台构成情况  46-62
  4.1 FPGA验证平台概述  46-47
  4.2 控制信号传输模块  47-50
    4.2.1 设计目的  47
    4.2.2 功能描述  47-48
    4.2.3 仿真波形  48-50
    4.2.4 硬件消耗  50
  4.3 灰度世界白平衡模块  50-53
    4.3.1 设计目的  50
    4.3.2 算法原理  50-51
    4.3.3 仿真波形  51-52
    4.3.4 硬件消耗  52-53
  4.4 快速自动曝光模块  53-58
    4.4.1 设计目的  53
    4.4.2 算法原理  53-56
    4.4.3 仿真波形  56-57
    4.4.4 硬件消耗  57-58
  4.5 插补模块  58-62
    4.5.1 设计目的  58
    4.5.2 算法原理  58-59
    4.5.3 仿真波形  59-61
    4.5.4 硬件消耗  61-62
第五章 测试及综合  62-68
  5.1 FPGA硬件实现效果  62-64
    5.1.1 色差白平衡结果  62-63
    5.1.2 对比度增强结果  63-64
    5.1.3 FPGA测试结论  64
  5.2 DC综合情况  64-68
    5.2.1 综合约束及策略  64-66
    5.2.2 综合面积消耗情况  66-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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