基于FPGA与DSP的实时视频图像偏色校正系统

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翻新时间：2023-01-17

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基于FPGA与DSP的实时视频图像偏色校正系统

摘要：提出一种基于FPGA与DSP的实时视频图像偏色校正系统，包括数字视频解码芯片、FPGA、DSP以及数字视频编码芯片。该系统能以一种格式接收视频图像信号并以相同的格式输出，输出偏色校正后的视频信号相比输入的视频信号而言，延迟非常小，实时性强，是一种较为实用的视频图像偏色校正系统。

关键词：实时系统；颜色校正；颜色恒常性； FPGA

0 引言

通过可见光成像系统采集的视频图像往往因为环境光照的影响存在偏色的问题，这是因为成像系统不能够对变化的环境光照条件做出对应的光谱响应，使得图像的颜色范围发生了偏移，也引起了图像偏色。因此，需要利用视频图像偏色校正技术对图像的颜色范围进行实时调整，使其与人眼视觉系统对场景真实颜色的感知相吻合，这对于可见光成像系统成像质量的提高有着重要的意义。

虽然现有技术中偏色校正的方法较多，但是实时视频图像偏色校正系统并没有成熟型号产品。偏色校正系统多采用将图像采集到计算机后在计算机上进行偏色校正的方案，该方案需要依赖于计算机，给实际应用带来诸多不便，具有很大的局限性。针对此问题，本文提出一种基于FPGA与DSP的实时视频图像偏色校正系统，该系统对灰度世界假设方法[3]进行了实现，利用上一帧计算得到的偏色校正系数对下一帧进行偏色校正，不仅不需要对一帧图像进行存储，而且使得输出的偏色校正后的视频信号相比输入的视频信号延迟非常小，实时性强，可有效提高可见光成像系统的成像质量。

1 系统组成

由于灰度世界假设方法的计算过程与其他偏色校正方法相比相对简单，且校正效果与人眼视觉感知非常一致，因此，提出的偏色校正系统通过协同FPGA与DSP对灰度世界假设方法进行了实现。其中，FPGA用于实现该方法中的像素累加和偏色校正部分，DSP用于实现偏色校正系数的计算。接下来，将详细阐述各个实现环节。

2 实现步骤

偏色校正系统具体的实现步骤为：

步骤1：输入的CameraLink格式彩色数字视频信号经数字视频解码芯片解码后分解为彩色RGB信号（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）、帧同步F1、行同步L1、像素时钟信号CLK1传递给FPGA。

步骤2：在FPGA中，彩色RGB信号（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）在帧同步F1、行同步L1、像素时钟信号CLK1的控制下用于像素累加计算出3个累加数SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]，而后，SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]随同FPGA产生的中断信号INT传递给DSP，3个累加数的计算公式为：

式中：除以256通过右移8位来实现。

步骤5：数字视频编码芯片将校正后的彩色RGB信号（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）、帧同步F2、行同步L2、像素时钟信号CLK2编码并形成CameraLink格式彩色数字视频信号输出。至此，完成偏色校正过程。

3 实验结果

本文提出的偏色校正系统利用FPGA与DSP协作实现了基于灰度世界假设的偏色校正方法，能够将视频图像的颜色范围校正到与人眼对场景真实颜色的视觉感知相吻合，并且能以一种格式接收视频图像信号并以相同的格式输出，易于将其集成到一个系统中，而不用对系统的接口进行更改。此外，该系统输出的偏色校正后的视频信号相比输入的视频信号而言，延迟非常小，实时性强。

参考文献

[1] CARDEI V， FUNT B， BARND K. White point estimation for uncalibrated images [C]// Proceedings of the 7th Color Imaging Conference. Scottsdale， USA： [s.n.]， 1999： 97?100.

[6] GAO S， YANG K， LI C， et al. A color constancy model with double?opponency mechanisms [C]// Proceedings of IEEE International Conference on Computer Vision. [S.l.]： IEEE， 2013： 1?8.