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1、l专题报道1FeotUreReport使用FPGA的高动态范围困月油进行图像信号处理.莱迪思半导体公司}Nilodri尺丫视频图像信号处理(ISP)从模拟信号时代用的数量急剧增加,没有足够的操作人员来监发展而来,已经经历了很长一段时期今天,查,所以安防产业已经开始依靠软件来分析视数字信号处理实现了可以在位级进行图像数据频,用以监控是否在关注的区域有任何异处理,为图像质量提供了前所未有的控制数常发生,无论是实时的或留作日后分析复杂字信号处理显然不等同于数字信号处理器或的视频分析(VA)算法已发展到可以将异常情DSP虽然DSP已经
2、被广泛用于视频图像信号处况从正常情况中分辨出来;然而,为了更加切理的数字领域,ISP可以由各种处理器件实现,实有效,这些算法需要比VGA分辨率的摄像机如DSPASICASSP和越来越多的现场可编程所能提供的更多的细节信息门阵列,即FPGA摄像机需要更高的分辨率使得VA能够识别出有限和/或大面积区域内的一般活动,例如:一个停车场一个摄像机需要约30像素/输入用于车为什么使用FpGA牌识别,以及约150像素/输人用于查看更细节的有几个原因推动了FPGA的日益普及这活动,如确定收银机交易一百万像素涵盖了7些原因中的两个反映了安防摄像
3、机的最新趋英尺x7英尺范围内的详细信息,并且4个VGA摄势,大大增加了需要处理的图像数据量,第三像头才能抵得上一个一百万像素的摄像头个是经济方面原因,即摄像机元器件材料成本图像传感器已经开发出来并且已经商业投(BOM)产,适用于l百万2百万5百万甚至1千万像安防摄像机的趋势:有两个主要趋势正在素的分辨率显然,随着像素数的增加,因此改变安防摄像机的结构设计方法:必须处理的数据量也利用了更高的分辨率这一1.百万像素传感器的问世优势2.对高(或宽)动态范围(HD侧wDR)高动态范围(HDR)HDR也称为宽动态范的需要围(WDR),用以
4、测量传感器和ISP功能是否能够很好地区分黑暗和明亮区域我们都对业余百万像素传感器拍摄的以太阳为背景的家庭照片非常熟悉虽曾经有一段时间,VGA分辨率传感器对然沐浴在阳光下的风景明亮清晰,但是人们的于安防目的的摄像机来说已经足够了,当时通脸上都非常暗这是因为(通常是自动)相机常由操作人员来监查或者仅是存档以备日后查调整在阳光下的场景的曝光然而,这个曝光看然而,随着安防摄像头在个球范围内使时间太短,以至于无法正确识别较暗的对象2011.9.画口困画细困口圈口155C去助l专题报道1FeotUre尺eport图1图像信号处理流水线可编程
5、的重要性除了以极低的功耗和成本提供高性能之外,FPGA定义为可编程的,这提供了超越AslC.1日和ASSP的显著优点ASIC的设计和构造都极其昂贵,一旦完成就不能更改基于ASSP的摄像头设计可能会受到已经制成的标准件功能的限制,这也就无法再进行修改事实上,在视频图像处理市场中的一些DSP和其它的ASSP器件,需要一个FPGA来桥接传感器和标准部件,以适应新的传感器制造商正在使用的新的串行接口,用于接收其传感器传输的百万像素数如果手动设定曝光或者使得光圈获得更多的光据随着基于FPGA的实现方法的出现,摄像机线,这样就能分辨出暗部的细节
6、,但是这样做制造商可以利用可编程的优势,迅速在其设计的结果是,现在明亮区域的细节已经过度曝中采用新的传感器和技术,或迅速改变他们的光,甚至彻底洗白这对于操作人员或者VA软ISP算法件来说都不是一个好的结果,因为很多关注区域的细节信息都已经丢失HDR传感器使用创造性的方式解决了这个在FpGA中实现带有HOR的问题,根据不同的曝光时间拍摄多张照片,然!SP后通过ISP流水线组合并融合这些图像,保存为了在FPGA实现带有HDR的ISP,至少必并呈现所关注区域的亮部和暗部区域的细节信须实现如图l所示的图像信号处理流水线中的息显然,当对于同一
7、个图像进行多次曝光,ISP块造成了所需处理的数据量增加例如,当一台需要以下ISP模块:摄像机可以输出每秒60帧的全高清IO80p图像,传感器端口,具有自动的黑电平校正:这带有HDR传感器,每帧3次曝光,在其工作时,对于检测和配置图像传感器寄存器和采集图像摄像机内的ISP流水线实际处理的是60x3,即数据来说是必需的相当于180帧每秒黑电平校正:每个颜色通道都有一个时间相关的偏移彩色处理需要线性信号处理,因此所有信号必须没有任何偏移CMOS图像传感FpGA和增加的处理负荷器有所谓暗行输出来衡量每个颜色通道的平均一个百万像素的传感器
8、和HDR相结合大大偏移黑电平校正减去专用彩色通道,基干线提高了ISP流水线的处理负荷DSP器件本质上路的基准噪声,达到最佳的黑电平结果是顺序处理引擎,很难负荷巨大的数据
