一種基于fpga平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及視頻圖像處理領(lǐng)域，特別是一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng) 價(jià)算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前業(yè)界圖像清晰度評(píng)價(jià)算法多用于相機(jī)自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中，對(duì)圖像清晰度進(jìn)行評(píng) 估，為聚焦操作提供依據(jù)，清晰度評(píng)價(jià)算法多為灰度方差或絕對(duì)闊值梯度算法，運(yùn)些算法單 峰性較好但往往抗噪聲性能不佳，無(wú)法有效分離噪聲和圖像邊緣信息，從而造成峰值不準(zhǔn) 等問(wèn)題，對(duì)于實(shí)時(shí)性或圖像清晰度需求較高的聚焦或清晰度評(píng)價(jià)系統(tǒng)往往難W滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而提供一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算 法。
[0004] 本發(fā)明為解決運(yùn)一問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清 晰度評(píng)價(jià)算法，包括像素信息緩存模塊、時(shí)鐘調(diào)整模塊、圖像縮放去高頻干擾模塊、圖像平 滑模塊、高頻分量提取模塊和統(tǒng)計(jì)輸出模塊，該方法的具體步驟為： i圖像輸入； ii像素信息緩存模塊根據(jù)視頻縮放比例計(jì)算所需緩存像素的行數(shù)，并存至RAM資源 中；同時(shí)時(shí)鐘調(diào)整模塊根據(jù)縮放后的圖像數(shù)據(jù)量，減小輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率，從而達(dá)到輸入輸 出數(shù)據(jù)率相等； iii圖像縮放去高頻干擾模塊根據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘讀取RAM數(shù)據(jù)，按相應(yīng)比例和位置找 出輸出像素在ram中的4個(gè)臨近像素點(diǎn)，形成2*2參考矩陣，并根據(jù)輸出像素點(diǎn)與矩陣各點(diǎn)的 距離計(jì)算加權(quán)系數(shù)，得出輸出像素值； iv圖像平滑模塊對(duì)縮放后的圖像進(jìn)行RAM緩存，并根據(jù)不同場(chǎng)景的圖像增益調(diào)整平滑 系數(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行5巧低通濾波和非線性濾波，進(jìn)一步去除噪聲干擾； V高頻分量提取模塊先對(duì)圖像進(jìn)行緩存，并形成5巧像素陣列，然后根據(jù)圖像增益變化 進(jìn)行對(duì)比度線性拉伸，補(bǔ)償前端增益，再利用二階微分卷積模板對(duì)圖像進(jìn)行水平、垂直和正 負(fù)45度角卷積并取兩個(gè)較大分量進(jìn)行歸一化，當(dāng)作該點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度，從而串行輸出各點(diǎn)的 有效高頻分量值； Vi統(tǒng)計(jì)輸出模塊根據(jù)圖像大小和預(yù)設(shè)的統(tǒng)計(jì)區(qū)域，對(duì)圖像中各點(diǎn)的高頻分量進(jìn)行加 權(quán)和累加，最終輸出W帖為單位的清晰度評(píng)價(jià)值。
[0005] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是： 本發(fā)明利用空域中圖像臨近像素信息的相關(guān)性，對(duì)圖像噪聲等干擾信息進(jìn)行有效抑 審IJ，同時(shí)對(duì)圖像內(nèi)景物邊緣的高頻分量進(jìn)行篩選和提取，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)功能快速反饋當(dāng)前場(chǎng) 景物體的清晰度，無(wú)論是圖像場(chǎng)景適應(yīng)性還是系統(tǒng)實(shí)時(shí)性都具有良好表現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是本發(fā)明的功能框圖； 圖2是本發(fā)明的圖像平滑模塊和高頻分量提取模塊的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007] W下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià) 算法進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。FPGA為Field Programmable Gate Arrays,現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列。
[0008] 如圖1所示，一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，包括像素信息緩存 模塊、時(shí)鐘調(diào)整模塊、圖像縮放去高頻干擾模塊、圖像平滑模塊、高頻分量提取模塊和統(tǒng)計(jì) 輸出模塊，該方法的具體步驟為： i圖像輸入； ii像素信息緩存模塊根據(jù)視頻縮放比例計(jì)算所需緩存像素的行數(shù)，并存至RAM資源 中；同時(shí)時(shí)鐘調(diào)整模塊根據(jù)縮放后的圖像數(shù)據(jù)量，減小輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率，從而達(dá)到輸入輸 出數(shù)據(jù)率相等； i i i圖像縮放去高頻干擾模塊根據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘讀取RAM數(shù)據(jù)，按相應(yīng)比例和位置找出 輸出像素在RAM中的4個(gè)臨近像素點(diǎn)，形成2*2參考矩陣，并根據(jù)輸出像素點(diǎn)與矩陣各點(diǎn)的距 離計(jì)算加權(quán)系數(shù)，得出輸出像素值。相關(guān)統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，圖像按1:0.25~1:0.5縮放 時(shí)，對(duì)于高頻干擾的去除作用最為明顯； iv如圖2所示，圖像平滑模塊對(duì)縮放后的圖像進(jìn)行RAM緩存，并根據(jù)不同場(chǎng)景的圖像增 益調(diào)整平滑系數(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行5巧低通濾波，再進(jìn)行非線性濾波，進(jìn)一步去除噪聲干擾. 進(jìn)一步地低通濾波包括高斯模糊濾波，非線性濾波包括非線性5階中值濾波。
[0009] V高頻分量提取模塊先對(duì)圖像進(jìn)行緩存，并形成5巧像素陣列，然后根據(jù)圖像增益 變化進(jìn)行對(duì)比度線性拉伸，補(bǔ)償前端增益，再根據(jù)sobel梯度算子卷積模板進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一 步降低噪聲的敏感性，對(duì)圖像進(jìn)行水平和垂直W及正負(fù)45度方向進(jìn)行卷積，根據(jù)sobel模板 推導(dǎo)公式：
才傳統(tǒng)梯度算子進(jìn)行各項(xiàng)同性化，取整數(shù)系數(shù) 的近似，得到新的5*5 sobel卷積模板，下W垂直和45°模板為例：
水平和135°模板分別為垂直和45°模板的轉(zhuǎn)置矩陣，分別卷積后取其中兩個(gè)較大分量， 再按分量值做加權(quán)歸一化，當(dāng)作該點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度，從而串行輸出各點(diǎn)的有效高頻分量值； Vi統(tǒng)計(jì)輸出模塊，根據(jù)圖像大小和預(yù)設(shè)的統(tǒng)計(jì)區(qū)域，對(duì)圖像中各點(diǎn)的高頻分量進(jìn)行加 權(quán)和累加，最終輸出W帖為單位的清晰度評(píng)價(jià)值。
[0010]本發(fā)明中的一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法能夠應(yīng)用在不同場(chǎng) 景中，特別是夜間低照大噪聲的場(chǎng)景下，有著良好的抗噪聲干擾特性，并能夠突出實(shí)際圖像 細(xì)節(jié)，使用與實(shí)時(shí)性要求較高的自動(dòng)聚焦評(píng)價(jià)系統(tǒng)和產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景自適應(yīng)和圖像清晰 度快速反饋功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，包括像素信息緩存模塊、時(shí)鐘調(diào) 整模塊、圖像縮放去高頻干擾模塊、圖像平滑模塊、高頻分量提取模塊和統(tǒng)計(jì)輸出模塊，該 方法的具體步驟為： i圖像輸入； ii像素信息緩存模塊根據(jù)視頻縮放比例計(jì)算所需緩存像素的行數(shù)，并存至RAM資源 中；同時(shí)時(shí)鐘調(diào)整模塊根據(jù)縮放后的圖像數(shù)據(jù)量，減小輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率，從而達(dá)到輸入輸 出數(shù)據(jù)率相等； iii圖像縮放去高頻干擾模塊根據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘讀取RAM數(shù)據(jù)，按相應(yīng)比例和位置找 出輸出像素在RAM中的4個(gè)臨近像素點(diǎn)，形成2*2參考矩陣，并根據(jù)輸出像素點(diǎn)與矩陣各點(diǎn)的 距離計(jì)算加權(quán)系數(shù)，得出輸出像素值； iv圖像平滑模塊對(duì)縮放后的圖像進(jìn)行RAM緩存，并根據(jù)不同場(chǎng)景的圖像增益調(diào)整平滑 系數(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行5*5低通濾波和非線性濾波，進(jìn)一步去除噪聲干擾； v高頻分量提取模塊先對(duì)圖像進(jìn)行緩存，并形成5*5像素陣列，然后根據(jù)圖像增益變化 進(jìn)行對(duì)比度線性拉伸，補(bǔ)償前端增益，再利用二階微分卷積模板對(duì)圖像進(jìn)行水平、垂直和正 負(fù)45度角卷積并取兩個(gè)較大分量進(jìn)行歸一化，當(dāng)作該點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度，從而串行輸出各點(diǎn)的 有效高頻分量值； vi統(tǒng)計(jì)輸出模塊根據(jù)圖像大小和預(yù)設(shè)的統(tǒng)計(jì)區(qū)域，對(duì)圖像中各點(diǎn)的高頻分量進(jìn)行加 權(quán)和累加，最終輸出以幀為單位的清晰度評(píng)價(jià)值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，其特征在 于:所述的步驟i i中縮放比例為1: 〇. 25~1:0.5。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，其特征在 于:所述的步驟iv中低通濾波為高斯模糊濾波。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，其特征在 于:所述的步驟iv中非線性濾波為非線性5階中值濾波。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，其特征在 于：所述的步驟v中對(duì)圖像進(jìn)行水平和垂直以及正負(fù)45度方向進(jìn)行卷積的方法為：根據(jù) sobel模板推導(dǎo)公式：對(duì)傳統(tǒng)梯度算子進(jìn)行各項(xiàng)同性化，取整數(shù)系數(shù)的近似，得到新的5*5 sobel卷積模板， 垂直和45°模板為：水平和135°模板分別為垂直和45°模板的轉(zhuǎn)置矩陣，分別卷積后取其中兩個(gè)較大分量， 再按分量值做加權(quán)歸一化，當(dāng)作該點(diǎn)的邊緣強(qiáng)度，從而串行輸出各點(diǎn)的有效高頻分量值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA平臺(tái)的自適應(yīng)圖像清晰度評(píng)價(jià)算法，包括像素信息緩存模塊、時(shí)鐘調(diào)整模塊、圖像縮放去高頻干擾模塊、圖像平滑模塊、高頻分量提取模塊和統(tǒng)計(jì)輸出模塊。本發(fā)明利用空域中圖像臨近像素信息的相關(guān)性，對(duì)圖像噪聲等干擾信息進(jìn)行有效抑制，同時(shí)對(duì)圖像內(nèi)景物邊緣的高頻分量進(jìn)行篩選和提取，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)功能快速反饋當(dāng)前場(chǎng)景物體的清晰度，無(wú)論是圖像場(chǎng)景適應(yīng)性還是系統(tǒng)實(shí)時(shí)性都具有良好表現(xiàn)。
【IPC分類】G06T5/00, G06T7/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105631854
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510939088
【發(fā)明人】戴林, 白云飛
【申請(qǐng)人】天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日