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基于FPGA的低照度图像采集与处理系统研究

柳磊 钱芸生

柳磊, 钱芸生. 基于FPGA的低照度图像采集与处理系统研究[J]. 红外技术, 2022, 44(5): 462-468.
引用本文: 柳磊, 钱芸生. 基于FPGA的低照度图像采集与处理系统研究[J]. 红外技术, 2022, 44(5): 462-468.
LIU Lei, QIAN Yunsheng. A Low Illumination Image Acquisition and Processing System Based on FPGA[J]. Infrared Technology , 2022, 44(5): 462-468.
Citation: LIU Lei, QIAN Yunsheng. A Low Illumination Image Acquisition and Processing System Based on FPGA[J]. Infrared Technology , 2022, 44(5): 462-468.

基于FPGA的低照度图像采集与处理系统研究

基金项目: 国防科技微光重点实验室基金
详细信息
    作者简介:

    柳磊(1996-),女,硕士研究生,主要从事光电成像科研工作。E-mail:liulei00000416@163.com

    通讯作者:

    钱芸生(1968-),男,教授,博士生导师。主要从事光电测试、图像处理和仿真等工作。E-mail:yshqian2015@163.com

  • 中图分类号: TN223

A Low Illumination Image Acquisition and Processing System Based on FPGA

  • 摘要: 针对低照度图像亮度低、噪声高和边缘模糊等问题,基于Xilinx公司的Artix-7系列FPGA芯片,通过驱动微光性能良好的XQE-1310图像传感器,对探测器采集的视频信号进行滤波和边缘检测,完成了低照度图像的采集和处理等一系列操作,最后将处理过的视频信号通过CameraLink视频格式实时显示,设计了一套微光夜视系统。实验结果表明,该系统的最低工作照度可达10-2 lx量级,滤波算法在保持图像边缘信息的同时有效滤除了图像中的椒盐噪声,自适应边缘检测算法可以根据照度水平实时调整阈值,凸显了低照度环境下物体的轮廓信息。系统充分利用了FPGA(Field Programmable Gate Array)速度快、效率高的优势,最后的成像结果清晰稳定,便于人眼观察。
  • 图  1  微光夜视系统总体框架设计

    Figure  1.  Low-light night vision system overall framework design

    图  2  IIC写操作时序图

    Figure  2.  IIC write operation timing diagram

    图  3  IIC测试时序信号

    Figure  3.  IIC test timing signal

    图  4  中值滤波流程图

    Figure  4.  Median filtering flowchart

    图  5  3×3窗口仿真波形

    Figure  5.  3×3 Window Simulation Waveform

    图  6  静态图像中值滤波结果显示

    Figure  6.  Median filtering result display of static image

    图  7  边缘检测流程图

    Figure  7.  Edge detection flowchart

    图  8  Sobel算子卷积模板

    Figure  8.  Sobel operator convolution template

    图  9  静态图像边缘检测结果显示

    Figure  9.  Static image edge detection result display

    图  10  Channel Link操作图

    Figure  10.  Channel Link operation

    图  11  实验结果图

    Figure  11.  Experimental result

    图  12  FPGA中值滤波和边缘检测模块仿真波形

    Figure  12.  Simulation waveform of median filter and edge detection module

    表  1  软件和硬件中值滤波算法结果比较

    Table  1.   Comparison of the results of software and hardware median filtering algorithms

    Parameters NMSE PSNR/dB
    MATLAB 0.0706 39.3956
    FPGA 0.0710 39.3653
    下载: 导出CSV
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    HUANG Detian, LIU Xuechao, WU Zhiyong, et al. Design of high-speed image acquisition and processing system based on Camera Link[J]. Journal of Jilin University: Engineering and Technology Edition, 2013, 43(S1): 309-312. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JLGY2013S1066.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-17
  • 修回日期:  2021-09-23
  • 刊出日期:  2022-05-20

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