一种用硬件实现的Bayer格式图像恢复算法

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1、第２卷第６期中国光学与应用光学Ｖｏｌ．２Ｎｏ．６２００９年１２月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓＤｅｃ．２００９文章编号１６７４２９１５（２００９）０６０５３８０５一种用硬件实现的Ｂａｙｅｒ格式图像恢复算法李渊渊，孟伟（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）摘要：针对传统的双线性Ｂａｙｅｒ彩色图像恢复算法恢复效果不理想，边界部分不明显，局部图像有团块等问题，提出了一种基于硬件实现的Ｂａｙｅｒ图像快速插值算法。采用梯度算法对Ｂａｙｅｒ格式图像绿色通道

2、进行恢复，根据像素点所属的颜色组对蓝色通道进行恢复。实验结果表明，本文算法比双线性法有更好的峰值信噪比（ＰＳＮＲ）值，ＲＧＢ３个通道的ＰＳＮＲ值均比双线性法高５ｄＢ以上，而且算法消耗时间比双线性法少，恢复的图像视觉效果更好。实验处理一幅５１２×５１２的全彩图像仅需要９３ｍｓ，完全可以满足实时性的要求，因此，本文算法在对实时性要求高的场合有很好的应用前景。关键词：Ｂａｙｅｒ图像；插值算法；现场可编程门阵列中图分类号：ＴＰ３９１．４文献标识码：ＡＲｅａｌｔｉｍｅｈａｒｄｗａｒｅＢａｙｅｒｃｏｌｏｒｉｍａｇｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｉｔｓｉｍｐｌ

3、ｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＬＩＹｕａｎｙｕａｎ，ＭＥＮＧＷｅｉ（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｉｍｐｒｏｖｅｄｆａｓｔＢａｙｅｒｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＧａｔｅＡｒｒａｙ（ＦＰＧＡ

4、）ｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆａｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｂｉｌｉｎｅａｒＢａｙｅｒｃｏｌｏｒｉｍａｇｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｎｅｄｇｅｂｌｕｒｒｉｎｇａｎｄｌｕｍｐｓｉｎｉｍａｇｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｇｒａｄｉｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｒｅｓｔｏｒｅｔｈｅｇｒｅｅｎｃｈａｎｎｅｌａｎｄｔｈｅｃｏｌｏｒｇｒｏｕｐｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｐｉｘｅｌｓｔｏｒｅｓｔｏｒｅｔｈｅｂｌｕｅｃｈａｎｎｅｌｆｏｒａｉｍａｇｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒ

5、ｉｔｈｍｃａｎｏｆｆｅｒａｂｅｔｔｅｒｖｉｓｕａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｉｍａｇｅｓ，ａｎｄｔｈｅＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏｓ（ＳＮＲｓ）ｏｆＲＧＢｃｈａｎｎｅｌｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍａｒｅａｌｌｈｉｇｈｅｒ５ｄＢｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｂｉｌｉｎｅａｒａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｔｉｍｅｃｏｎｓｕｍｉｎｇｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｂｉｌｉｎｅａｒａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄａ５１２×５１２ｆｕｌｌｃｏｌｏｒｉｍａｇｅｃａｎｂ

6、ｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｉｎ９３ｍｓ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｒｅａｌｔｉｍｅｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｈａｖｅｈｉｇｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂａｙｅｒｉｍａｇｅ；ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＧａｔｅＡｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）收稿日期：２００９０９１１；修订日期：２００９１１１３第６期李渊渊，等：一种用硬件实现的Ｂａｙｅｒ格式图像恢复算法５３９第二类是利用多通道的相关性进行插值，这１引言一类自适应的算法常常结合了对图像细节

7、的分析判断以及颜色通道之间的相关性，插值效果要明数码相机、数码摄像机、摄像头等设备都采用显优于前一类。但算法复杂，例如边缘检测法和ＣＣＤ或ＣＭＯＳ作为图像传感器，而为了减小体文献［２～５］中提到的算法等。也有利用小波算法来实现的，然而在硬件上实现时，复杂算法的实积、降低成本，通常在ＣＣＤ和ＣＭＯＳ之前加一个现将消耗大量的硬件资源，而且复杂算法大多是颜色滤波阵列（ＣｏｌｏｒＦｉｌｅｒＡｒｒａｙ）。绝大多数的串行执行，这样就很难做到实时处理。所以，复杂ＣＣＤ和ＣＭＯＳ图像传感器采用Ｂａｙｅｒ滤波阵列，算法并不适合硬件实现。所得到的Ｂａｙｅｒ格式图像由ＲＧＢ三基色组成