CN109872286A - 一种基于fpga的低功耗多通道非均匀性图像校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法及系统，该校正方法包括以下步骤：分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据；根据所述第一图像数据计算得到第一均值、第二均值，根据所述第二图像数据计算得到第三均值；根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置校正因子；根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子；根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正。本发明通过这种校正方法可有效的实现图像数据的非均匀性校正，计算精度高并且可以适应较大的光照强度变化。

Description

一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法及系统

技术领域

本发明属于视频图像增强领域，具体涉及一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法及系统。

背景技术

所有类型的图像传感器都存在不同程度的非均匀性问题，在理想的情况下，图像传感器采集光照强度均匀的场景时，输出的图像数据应该是完全相同的，但是，由于图像传感器的材料不均匀、工艺误差等问题，导致采集到的图像存在非均匀性问题，非均匀性会导致图片上出现水平纹理，从而使输出图像的视觉效果很差，因此，非均匀性问题无疑会对整个系统的图像质量带来很大的影响。

传统的非均匀性校正算法有单点校正算法、两点校正算法以及多点校正算法，单点校正算法使用单一的光照强度下把各个元素单元的输出图像数据校正为一致；而两点校正算法的基本原理是当图像传感器的图像数据稳定输出后，将每一帧的每一个像素数据乘以增益校正因子，然后加上偏置校正因子，这样得到的数据为每个像素点校正后的数据；而多点校正算法是采用在不同的工作时段采用不同的校正因子或逐段线性逼近响应的非线性方法实现非线性的校正。

但是，单点校正算法用法比较单一，仅适用于某一光照强度下的图像非均匀性校正；两点校正算法的准确度不高，且具有线性影响的局限性；多点校正算法的计算极其复杂，计算量也非常大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法及系统，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，包括以下步骤：

分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据；

根据所述第一图像数据计算得到第一均值、第二均值，根据所述第二图像数据计算得到第三均值；

根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置校正因子；

根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子；

根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正。

在本发明的一个实施例中，根据所述第一图像数据计算得到第一均值、第二均值，包括：

根据所述第一图像数据得到第一图像各个通道的所述第一均值；

根据各个通道的所述第一均值计算得到第二均值。

在本发明的一个实施例中，根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置校正因子，包括：

根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置值；

根据所述偏置值计算得到所述偏置校正因子。

在本发明的一个实施例中，根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子，包括：

根据所述第一均值和所述第三均值计算得到第一均值差和第二均值差；

根据所述第一均值差和所述第二均值差计算得到所述增益校正因子。

在本发明的一个实施例中，根据所述第一均值和所述第三均值计算得到第一均值差和第二均值差，包括：

根据所述第一均值和所述第三均值计算得到第一均值差；

根据所述第一均值差得到第二均值差。

在本发明的一个实施例中，根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正，包括：

根据所述偏置校正因子和所述第三图像数据得到偏置校正后的第四图像数据；

根据所述增益校正因子以及所述第四图像数据得到第五图像数据。

本发明的另一个实施例提供了一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统，包括：

图像数据采集模块，用于分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据；

均值计算模块，用于计算第一图像数据的第一均值、第二均值以及第二图像数据的第三均值；

偏置校正模块，用于根据所述第一均值和所述第二均值计算偏置校正因子；

增益校正模块，用于根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子；

图像数据校正模块，用于根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正。

在本发明的一个实施例中，还包括：

通道控制模块，用于接收第一图像数据、第二图像数据并将所述第一图像数据、所述第二图像数据分别发送给所述均值计算模块，再分别接收所述第一均值、所述第二均值、所述第三均值，并将所述第一均值、所述第二均值发送给所述偏置校正模块，将所述第一均值和所述第三均值发送给增益校正模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明在单点校正、两点校正与多点校正的基础上，利用逐渐逼近偏置目标值的方法求得偏置校正因子，利用两种不同光照强度a和光照强度b下的各个通道的均值之差求得增益校正因子，使得该发明具有计算复杂度低、计算量小的优点；

2.本发明通过这种方法可有效的实现图像数据的非均匀性校正，计算精度高并且可以适应较大的光照强度变化。

附图说明

图1为一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法的流程示意图；

图2为一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统的结构示意图；

图3为另一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法的流程示意图。图1为一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，包括以下步骤：

步骤(a)：分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据。

利用灰度摄像头分别获取第一图像、第二图像以及第三图像，然后利用FPGA中相应的逻辑块分别根据第一图像、第二图像以及第三图像采集第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据。

第一图像和第二图像指的是在不同光强下照射下得到的不同的图像，而第三图像指的是在没有光强的条件下得到的图像，第三图像也就是本发明实施例需要进行校正的图像。

步骤(b)：根据第一图像数据计算得到第一均值、第二均值，根据第二图像数据计算得到第三均值。

进一步地，根据第一图像数据得到第一均值。

进一步地，在光照强度为a时，采集到了第一图像数据，然后将第一图像数据逐个通道计算第一均值，求得每个通道输出的第一图像数据的第一均值a₀、a₁、a₂…a₁₄、a₁₅。

需要说明的是，第一均值有16个，在本发明实施例中，第一图像数据由16个数据传输通道进行传输，每个通道的数据都要计算第一均值，因此，16个数据传输通道得到16个第一均值。

同样的方法，在光照强度为b时，采集到第二图像数据，根据第二图像数据计算得到第三均值b₀、b₁、b₂…b₁₄、b₁₅，第三均值也有16个。

需要说明的是，光照强度a和b仅仅只是为了说明采用了两种不同的光照强度，具体数值本发明实施例在此不作限定。

进一步地，根据第一均值计算得到第二均值。

对16个第一均值a₀、a₁、a₂…a₁₄、a₁₅进行求平均值，得到第二均值a。

步骤(c)：根据第一均值和第二均值计算得到偏置校正因子。

进一步地，步骤(c)可以包括以下步骤：

步骤(c1)：根据第一均值和第二均值计算得到偏置值。

对第二均值和第一均值做差，计算求得该偏置值。即

其中，T为偏置值；为第二均值；a_i为第一均值，i为通道数，i＝0…15。

步骤(c2)：根据偏置值计算得到偏置校正因子。

判断偏置值T是否满足|T|≤1，当|T|≤1时，该偏置值T符合要求；

当|T|＞1并且T为正时，将偏置值T一直减1；直到满足|T|≤1；当|T|＞1并且T为负时，将偏置值T一直加1，直到满足|T|≤1，则得到偏置校正因子L₀、L₁、L₂…L₁₄、L₁₅，L₀、L₁、L₂…L₁₄、L₁₅的值也就是处理完成后的偏置值。

步骤(d)：根据第一均值和第三均值计算得到增益校正因子。

进一步地，步骤(d)可以包括以下步骤：

步骤(d1)：根据第一均值和第三均值计算得到第一均值差和第二均值差。

进一步地，步骤(d1)可以包括以下步骤：

步骤(d11)：根据第一均值和第三均值计算得到第一均值差。

将16个第三均值和16个第一均值进行作差，得到16个第一均值差，即

φ₀＝b₀-a₀

φ₁＝b₁-a₁

φ₂＝b₂-a₂

…

φ₁₄＝b₁₄-a₁₄

φ₁₅＝b₁₅-a₁₅

其中，φ₀、φ₁、φ₂…φ₁₄、φ₁₅为第一均值差。

步骤(d12)：根据第一均值差得到第二均值差。

第二均值差φ_min＝min(φ₀,φ₁,φ₂…φ₁₅)，即选取16个第一均值差中的最小值，作为第二均值差。

步骤(d2)：根据第一均值差和第二均值差计算得到增益校正因子。

将第二均值差分别除以各个数据通道的第一均值差，得到16个增益校正因子Z₀、Z₁、Z₂…Z₁₄、Z₁₅，即

Z₀＝φ_min/φ₀

Z₁＝φ_min/φ₁

Z₂＝φ_min/φ₂

…

Z₁₄＝φ_min/φ₁₄

Z₁₅＝φ_min/φ₁₅

其中，Z₀、Z₁、Z₂…Z₁₄、Z₁₅为增益校正因子。

步骤(e)：根据偏置校正因子和增益校正因子对第三图像数据进行校正。

进一步地，步骤(e)还可以包括以下步骤：

步骤(e1)：根据偏置校正因子和第三图像数据得到偏置校正后的第四图像数据。

将得到的偏置校正因子配置到图像传感器的相应的偏置寄存器中，配置图像传感器进入有效数据模式，也就是开始采集到了第三图像数据后，配置图像传感器输出了偏置校正后的第四图像数据，也就是对第三图像数据进行偏置校正后的第四图像数据。

步骤(e2)：根据增益校正因子以及第四图像数据得到第五图像数据。

利用增益校正因子乘以第四图像数据，得到第五图像数据，也就是第三图像数据校正后的图像数据。

本发明实施例在单点校正、两点校正与多点校正的基础上，利用逐渐逼近偏置目标值的方法求得偏置校正因子，利用两种不同光照强度a和光照强度b下的各个通道的均值之差求得增益校正因子，使得该发明具有计算复杂度低、计算量小的优点。

本发明实施例利用逐渐逼近偏置目标值的方法，使得均值a与每个通道均值之差T＝a-a_i绝对值小于1并且利用两种不同光照强度a和光照强度b下的各个通道的均值之差，将均值之差的最小值φ_min分别除以各个通道的均值差求得增益校正因子，使得该发明具有计算精度高的优点。

本发明实施例利用两种不同光照强度a和光照强度b下的各个通道的均值之差，将均值之差的最小值φ_min分别除以各个通道的均值差求得增益校正因子，使得该发明具有可以适应光照强度变化大的优点。

实施例二

本发明实施例在实施例一的基础上，介绍了一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统。

请同时参见图2和图3，图2为一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统的结构示意图，图3为另一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统的结构示意图。一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统，包括：图像数据采集模块10、均值计算模块20、偏置校正模块30、增益校正模块40、图像数据校正模块50以及通道控制模块60。

需要说明的是，图像数据采集模块10、均值计算模块20、偏置校正模块30、增益校正模块40、图像数据校正模块50以及通道控制模块60都是存在于FPGA芯片内部的功能模块，通过这几个模块之间的相互作用，实现了对非均匀性图像的实时校正。

需要说明的是，本实施例中采用的FPGA芯片型号为Xilinx公司的XC7K325T-FFG900。

图像数据采集模块10，用于分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据；图像数据采集模块10，也就是FPGA中的特定逻辑块控制图像传感器，也就是控制摄像头进行第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据的采集。

需要说明的是，本实施例中采用的图像传感器的型号为LUX1310。

均值计算模块20，用于计算第一图像数据的第一均值、第二均值以及第二图像数据的第三均值；利用通道控制模块60接收第一图像数据、第二图像数据并将其逐个通道输入均值计算模块20中，在均值计算模块20中求得第一图像数据的第一均值a₀、a₁、a₂…a₁₄、a₁₅、第二均值a以及第二图像数据的第三均值b₀、b₁、b₂…b₁₄、b₁₅。

偏置校正模块30，用于根据第一均值和第二均值计算偏置校正因子；利用通道控制模块60接收将第一均值a₀、a₁、a₂…a₁₄、a₁₅和第二均值a并将其逐个送入偏置校正模块30中，计算得出偏置校正因子。

增益校正模块40，用于根据第一均值和第三均值计算得到增益校正因子；利用通道控制模块60接收第一均值a₀、a₁、a₂…a₁₄、a₁₅和第三均值b₀、b₁、b₂…b₁₄、b₁₅，并将其逐个送入增益校正模块40中，计算得出增益校正因子。

图像数据校正模块50，用于根据偏置校正因子和增益校正因子对第三图像数据进行校正，利用通道控制模块60接收偏置校正因子和增益校正因子，并将其逐个送入图像数据校正模块50中，完成对第三图像数据的校正。

需要说明的是，由于数据通道有多个，因此传输的数据需要通道控制模块60进行接收，并将其逐一传送给下一个需要处理的模块。

本发明实施例通过这种系统，实现了对非均匀性图像数据的实时校正，且该系统具有计算复杂度低、计算量小、计算精度高、可以适应光照强度变化大等优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据；

根据所述第一图像数据计算得到第一均值、第二均值，根据所述第二图像数据计算得到第三均值；

根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置校正因子；

根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子；

根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，其特征在于，根据所述第一图像数据计算得到第一均值、第二均值，包括：

根据所述第一图像数据得到所述第一均值；

根据所述第一均值计算得到第二均值。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，其特征在于，根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置校正因子，包括：

根据所述第一均值和所述第二均值计算得到偏置值；

根据所述偏置值计算得到所述偏置校正因子。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，其特征在于，根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子，包括：

根据所述第一均值和所述第三均值计算得到第一均值差和第二均值差；

根据所述第一均值差和所述第二均值差计算得到所述增益校正因子。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，其特征在于，根据所述第一均值和所述第三均值计算得到第一均值差和第二均值差，包括：

根据所述第一均值和所述第三均值计算得到第一均值差；

根据所述第一均值差得到第二均值差。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正方法，其特征在于，根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正，包括：

根据所述偏置校正因子和所述第三图像数据得到偏置校正后的第四图像数据；

根据所述增益校正因子以及所述第四图像数据得到第五图像数据。

7.一种基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统，其特征在于，包括：

图像数据采集模块，用于分别获取第一图像数据、第二图像数据以及第三图像数据；

均值计算模块，用于计算第一图像数据的第一均值、第二均值以及第二图像数据的第三均值；

偏置校正模块，用于根据所述第一均值和所述第二均值计算偏置校正因子；

增益校正模块，用于根据所述第一均值和所述第三均值计算得到增益校正因子；

图像数据校正模块，用于根据所述偏置校正因子和所述增益校正因子对所述第三图像数据进行校正。

8.根据权利要求7所述基于FPGA的低功耗多通道非均匀性图像校正系统，其特征在于，还包括：

通道控制模块，用于接收第一图像数据、第二图像数据并将所述第一图像数据、所述第二图像数据分别发送给所述均值计算模块，再分别接收所述第一均值、所述第二均值、所述第三均值，并将所述第一均值、所述第二均值发送给所述偏置校正模块，将所述第一均值和所述第三均值发送给增益校正模块。