基于DSP和FPGA的數(shù)字圖像采集與處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)(1)

1、西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于DSP和FPGA的數(shù)字圖像采集與處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)姓名:張靜申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師:李玉山20060101 第五章白平衡算法的實(shí)現(xiàn)第五章白平衡算法的實(shí)現(xiàn)自平衡調(diào)整是攝像過程中最常用、最重要的步驟。開始正式攝像之前,必須首先調(diào)整白平衡。照明的色溫條件改變時(shí),也需要重新調(diào)整白平衡。白平衡在彩色成像方面是一個(gè)極為重要的概念。如果系統(tǒng)的白平衡狀態(tài)不正確的話,就會(huì)發(fā)生色彩失真,大量豐富的基于彩色圖像的復(fù)雜視頻視覺算法也就失去了賴以生存的基礎(chǔ)。這一章將重點(diǎn)介紹白平衡的概念、算法、以及它的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案,核心是自動(dòng)白平衡在本系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。5.1白平衡綜述與算法

2、選擇5.1.1白平衡的概念所謂白平衡(英文名稱為White Balance,就是指整個(gè)攝像系統(tǒng)對(duì)白色物體的還原,并以“白”為基色薩確地還原其他顏色,從而真實(shí)地還原被拍攝物體的色彩。當(dāng)人們用肉眼觀看這大干世界時(shí),在不同的光線下,對(duì)相同的顏色的感覺堆本是相同的,比如在早晨旭Fl初升時(shí),我們看個(gè)白色的物體,感到它足【I的;而我們?cè)谝雇砘璋档臒艄庀?看到的白色物體,感到它仍然足臼的。這是山于人類從出生以后的成長過程中,人的大腦已經(jīng)對(duì)不同光線下的物體的彩色還原行了適應(yīng)性,它可以很好地“校正”這些顏色變化;但CCD和CMOS感光器卻不能完成這樣的任務(wù),所以會(huì)造成圖像的彩色還原失真:或者圖像偏藍(lán),或者偏紅,

3、如下圖5.1所示。 195.I F1平衡的效果住j二圖rfI,q,flq的【鍪像彩色還原足難常的,I酊左側(cè)的圖像Ij輕偏藍(lán)。以側(cè)罔像則偏紅。因此左側(cè)及右側(cè)的圖像都為白平衡不礦常的圖像。所以要使罔片色彩蜓逼近真實(shí)的原色,自jF衡凋社是必不可少的一步。- 第五章白平衡算法的實(shí)現(xiàn)RGB讀取模塊的仿真波形如圖5.10所示;圖5.10RGB讀取模塊仿真波形從上圖可以看到,從OV7620的Y、UV端口輸出的4:2:2的G、R、B的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過了準(zhǔn)確的“拷貝法”插值運(yùn)算,在PCLK的下降沿,同一個(gè)像素的RGB數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的,所以后續(xù)的顏色空間轉(zhuǎn)換模塊的工作時(shí)鐘采用PCLK的下降沿觸發(fā)方式.5.4.1.2顏色空

4、間轉(zhuǎn)換模塊1.浮點(diǎn)運(yùn)算到定點(diǎn)運(yùn)算的轉(zhuǎn)換在可編程邏輯電路中定點(diǎn)運(yùn)算比較容易實(shí)現(xiàn),所以本系統(tǒng)采用定點(diǎn)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)顏色空間的轉(zhuǎn)換功能。從RGB到顏色空間到Y(jié)CbCr顏色空間的轉(zhuǎn)換公式如式:0.5040.098”f0.063一0.291o.439I G I+l 0.500l 式(5-3一0.368一o.oTlJLBJ Lo.500J 公式(53中的R、G,B信號(hào)的范圍是0l的歸一化信號(hào)。Y、Cr、Cb 的范圍也在Ol之間.RGB顏色到Y(jié)CbCr的轉(zhuǎn)換矩陣的系數(shù)可以通過有限字長的定點(diǎn)無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)來表示。轉(zhuǎn)換矩陣的系數(shù)原來都是范圍從.1到l的實(shí)數(shù)。采用寬度為n位的無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)表示轉(zhuǎn)換系數(shù)的絕對(duì)值。設(shè)轉(zhuǎn)換矩陣的某個(gè)系數(shù)為c,則其定點(diǎn)表示為c2“的四舍五入取整數(shù)。為了保證YCrCb的有效位數(shù)與輸入RGB有效位數(shù)相等,轉(zhuǎn)換矩陣的位數(shù)不能小于輸入RGB的寬度,即n8;在本系統(tǒng)中,采用8位來表示轉(zhuǎn)換矩陣的系數(shù),由此得到的YCbCr坐標(biāo)與RGB坐標(biāo)之間的關(guān)系如下式(5-4:剛-6368-蚤74珊,21GI圈【囂J2一,4一。JLB.+b;:J 式(54在變化