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摘要在采集数字图像时，普遍采用单片图像传感器（CCD），并在其感光表面上覆盖一个颜色滤波阵列（CFA），使得采集图像每个像素点仅获得三基色中单个颜色分量。为了得到全彩色图像，需要根据采样点推算出每个像素点在采样过程丢失的另外两种颜色分量信息，这个过程称为颜色插值。本文研究基于应用最广泛的Bayer格式滤波阵列，对现有插值算法进行介绍，并选取其中三种算法进行深入研究，实现数字图像处理软件（MATLAB）仿真，结合各自原理对仿真结果进行分析比较其优劣，最后对一种算法实现在CCD硬件系统(FPGA)上，且满足实时性的要求。21584
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关键词：图像传感器 Bayer格式颜色滤波阵列 插值算法 仿真软件 硬件系统
毕业论文设计说明书（论文）外文摘要
Title Bayer Color Image Interpolation Algorithms and Its Hardware Implementation
Abstract
In the digital image acquisition,image sensor(CCD) is widely used,and the photosensitive surface is covered with a color filter array(CFA),such that each pixel image only obtain single color in the three color components.To render the full color image,the other two missing colors are needed to be calculated from surrounding samples,referred to as color interpolation.Based on the most widely used Bayer pattern color interpolation,the paper introduces the existing interpolation algorithm.And conduct the thorough research to three kinds of algorithms,realizing the digital image processing software(MATLAB) simulation.Combined with respective principle ,the paper analyzes the simulation results and compare the advantages and disadvantages.Finally,an algorithm realizes on the CCD system hardware(FPGA),and satisfy the real-time requirement.
Keywords:CCD Bayer pattern color filter arry Interpolation algorithm MATLAB FPGA
目 次
1 绪论 1
1.1 研究背景总述 1
1.2 彩色图像颜色插值算法发展历程 1
1.3 RGB彩色图像及图像相关性 3
2 Bayer型彩色图像插值算法的分析与比较 8
2.1双线性颜色插值算法 8
2.2一阶微分边缘导向颜色插值算法 9
2. 3 自适应性颜色层插值算法 11
3 MATLAB算法仿真结果及性能分析14
3.1 图像的选取14
3.2 性能指标及仿真结果 15
3.3 实验数据及数据分析 18
4 FPGA硬件实现双线性颜色插值算法及其效果 19
4.1双线性颜色插值算法的FPGA硬件实现19
4.2硬件实现效果及分析 21
5工作总结与展望 22
5.1全文工作总结 22
5.2下一步的研究展望 22
致谢 23
参考文献24
1 绪论
1．1 研究背景总述
为了获得对客观景物进行最真实、最详尽的描述，专业数字相机例如应用在科学或医学领域中的，制造的最好方法是采用3个CCD图像传感器，对三基色中的红色分量(R)、绿色分量(G)和蓝色分量(B)分别接收，每一个CCD图像传感器都获得一幅完整的单颜色分量图像，然后对每一个图像传感器进行精确的机械控制，使得图像每个像素点对应着各自的颜色通道，最终“叠加”合成一幅RGB全彩色图像，当然这也是最昂贵的解决方案。
出于对实际应用的考虑，普通的数字成像设备大多则采用单个CCD图像传感器来进行接收图像。一般在它的表面上覆盖一层颜色滤波阵列(Color Filter Array, CFA)，图像的每个像素点就只有一种颜色分量通过，因而会缺失三基色中的另外两种颜色分量，此时我们获得的图像称为马赛克（Masaic）图像。为了得到全彩色图像，我们需要根据周围的采样点信息来计算出每个像素点所缺失的另外两种颜色分量，这个过程称之为颜色插值。颜色滤波阵列(Color Filter Array)有三种常用类型:Bayer型、条纹型和Masaic型（如下图1.1,1.2,1.3所示）。其中Bayer格式颜色滤波阵列是最经典的滤波阵列，在目前的应用也最为广泛。