基于FPGA的短波红外图像灰度级拉伸算法实现
作者:
作者单位:

1.山东大学,光学高等研究中心,山东 青岛 266237;2.山东大学,信息科学与工程学院,山东 青岛 266237;3.中国科学院,上海技术物理研究所,上海 200083,上海 200050;4.中国科学院,上海微系统与信息技术研究所,上海 200050

作者简介:

费宬(1993-),男,博士,主要研究方向为短波红外成像.email:feicheng@sdu.edu.cn.
康佳龙(1994-),男,硕士,主要研究方向为短波红外图像的嵌入式图像处理.
刘俊良(1990-),男,博士,副研究员,主要研究方向为近红外单光子探测.
康英杰(1995-),男,硕士,主要研究方向为三维融合激光雷达.
李华伟(1995-),男,硕士,主要研究方向为智能短波红外成像仪的嵌入式研究.
李永富(1983-),男,博士,教授,主要研究方向为短波红外感知与成像.
顾 溢(1982-),男,博士,研究员,主要研究方向为短波红外成像材料与器件研究.
刘兆军(1981-),男,博士,教授,主要研究方向为短波红外光源与探测器件研究.
赵 显(1970-),男,博士,教授,主要研究方向为新型光电探测器件研究.
方家熊(1939-),男,博士,研究员,主要研究方向为高性能短波红外探测器件研究.

通讯作者:

李永富(1983-),男,博士,教授,主要研究方向为短波红外感知与成像. email:yfli@sdu.edu.cn

基金项目:

中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室开放课题资助项目

伦理声明:



Implementation of grayscale stretching algorithm for short-wave infrared image based on FPGA
Author:
Ethical statement:

Affiliation:

1.Center for Optics Research and Engineering;2.School of Information Science and Engineering,Shandong University,Qingdao Shandong 266237,China;3.Shanghai Institute of Technical Physics,Shanghai 200083;4.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China

Funding:

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    摘要:

    为了增强短波红外成像仪的成像对比度,提高目标的识别率,介绍了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的灰度拉伸算法的实现方法。利用视频数据两帧之间灰度分布近似的特性,通过统计上一帧图像的灰度分布,计算图像拉伸所需要的参数,处理当前帧的图像,达到实时处理的效果。在灰度统计模块中,利用FPGA的片上块随机存储器(Block RAM)资源,采用非倍频的流水线数字逻辑设计,避免了跨时钟域的操作,降低了系统状态机的复杂度,提高了系统的工作频率。采用国产320×256元InGaAs面阵探测器,搭载了Xilinx Artix-7系列芯片的实验平台进行实验,仿真结果表明,该方法能有效提高短波红外图像的对比度,具有占用资源少、运算速度快、成本低、可移植性高等优点,满足短波红外成像仪实时灰度拉伸处理的设计要求。

    Abstract:

    In order to enhance the contrast of short-wave infrared image and improve the recognition ratio of target, a method of grayscale stretching algorithm based on Field Programmable Gate Array(FPGA) is proposed in this paper. According to the similar grayscale distribution between two consecutive frames, the parameters needed for image stretching are obtained by calculating the grayscale distribution of the previous frame, so as to process current frame, and real-time processing is achieved. In the grayscale statistics module, the design of non-frequency-multiplied pipelined logic is applied using the Block RAM resources on the FPGA chip. The proposed method avoids clock domain crossing in the grayscale distribution calculation process, reduces the complexity of the state machine, and improves the maximum operating frequency of the system. A domestic 320×256 InGaAs detector and an experimental platform based on Xilinx Artix-7 series FPGA are utilized to carry out the experiment. The results show that this method can effectively improve the contrast of the short-wave infrared image, which has the advantages of less resource utilization, fast computing speed, low cost, high portability, etc. and meets the design requirements of the real-time grayscale stretching of the short-wave infrared camera.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

费宬,康佳龙,刘俊良,康英杰,李华伟,李永富,顾溢,刘兆军,赵显,方家熊.基于FPGA的短波红外图像灰度级拉伸算法实现[J].太赫兹科学与电子信息学报,2022,20(7):713~717

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  • 收稿日期:2020-09-13
  • 最后修改日期:2020-10-20
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  • 在线发布日期: 2022-08-08
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