面向特种LCD图像处理方法与FPGA实现研究

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1、合肥工业大学博士学位论文面向特种LCD图像处理方法与FPGA实现研究姓名：盛磊申请学位级别：博士专业：精密仪器及机械指导教师：徐科军20050601台,8ESE',ik大学博士学位论文面向特种LCD图像处理方法与FPGA实现研究摘要随着数字化作战模式的发展，在机载、舰载、装甲车辆等军用装备中将越来越多地要求使用轻、薄和节能的液晶显示器(LCD)，因此，LCD在军事领域将有巨大的应用前景。但是，军用LCD在性能方面有一些特殊的要求，例如工作温度范围、对比度、夜视兼容和抗阳光等。而目前通用的商用LCD显示控制板存在着工作温度范围窄(0℃～40"C)、亮度和对比度调节范

2、围过小的缺点。不适用于高低温(-40℃～65℃)和特殊光照条件(过亮／过暗)的作战环境。所以。几乎全部军用特种LCD都是由商用LCD“加固”而成。采用加热加固的方法会使LCD的功耗增加、可靠性降低和体积变大，而且加固后的LCD功能单一、系统兼容性差。为此，本文研究特种LCD的图像处理方法和FPGA实现方案，并研制出基于FPGA的若干实际应用系统，有效地解决目前存在的问题。本文主要研究内容为：(1)给出一种基于彩色空间变换的色彩调整方法，在YCrCb空间内实现亮度和色度分离，避免了RGB空间两者同时变化造成偏色和失真的现象，并在FPGA内采用流水线结构改进3阶矩阵运

3、算的逻辑结构，节省出213的逻辑资源，提高了模块的蠼高运行速度；提出一种基于图像均值的直方图扩展对比度调整算法，它是以一帧图像的灰度均值为中心进行直方图扩展，具有灰度自适应性，效果优于现有的方法；采用摹于6点的LCDGamma校正法．在Gamma曲线的每个小分段内分别进行拟合，提高彩色还原的准确性，加快了校正速度，并在FPGA内利用双端12RAM设计出具有可编程特性的LCDGamma校正模块。(2)研究利用FPGA实现图像实时缩放处理的方法．选择能够满足特种LCD要求的双线性插值法作为研究对象，实时计算插值系数dx和dy．并采用流水线结构进行插值计算，仅使用FPG

4、A中的3个双端口RAM来缓冲图像数据，没有外扩大容量帧存储器，降低了成本，提高特种LCD的系统兼容性。(3)设计一种针对特种LCD更为简捷、有效的隔行转逐行扫描的实现方案，即利用图像实时缩放的方法，把一场图像缩放到LCD的分辨率，实现复合视频图像在LCD的“满屏”显示．改善现有特种LCD在显示隔行扫描的复合视频信号时，遇到圈像信息丢失或显示效果不佳的问题。(4)设计出一种基于字符和位图的数字OSD控制核，合理使用分布式RAM和块RAM两种逻辑资源来存储字符和位图信息，OSD图像由数字逻辑自动合成t编程简单灵活，使特种LCD的参数调整更加方便。(5)研制成功基于FP

5、GA的特种LCD显示控制板，能显示三种分辨率640×480，900X600。1024×768的图像信号：支持宽范围的亮度、对比度、显示位置等参数的实时调整t合肥工业大学博士学位论文并提供全功能的透明OSD菜单进行指示。通过--40"C～65‘C的环境温度试验与性能测试．表明其性能和系统兼容性等都优于现有系统，达到军用LCD要求。(6)研制成功基于FPGA的特种LCD图像调节板，用于对某型号机载特种LCD进行改造，增加宽范围的亮度、对比度、图像显示位置的实时调整功能．提供无信号输入检铡与OSD指示功能．提高图像显示的性能，通过了环境温度试验与性能测试，并已装机。(7

6、)研制成功基于DSP和FPGA的图像采集显示板，实现了对全分辨率复合视频信号进行25帧／秒的实时采集和显示，在DSP内使用“三帧”轮换的图像数据缓冲方法提高了系统的实时处理能力，使之能够完成一定复杂度的实时图像处理。关键词：特种LCDFPGA图像处理图像缩放隔行转逐行在屏幕显示台肥工业大学博士学位论文ResearchonImageProcessingMethodandFPGAImplementationofSpecialLCDABSTRACTWiththedevelopmentofdigitalwarfaremode，LiquidCrystalDisplay(LC

7、D)willbewidelyusedinthemilitaryequipments，such∞theaircrafl-bnme。ship·bomeandarmored-vehiclesbecauseitislight，thinandlowpower．ButtherearesomespecialperformancerequirementsinthemilitaryapplicationofLCD，forexample，theoper砒ingambienttemperaturerange，thecontrastcnntrolling，thenight-visionc

8、ompat