Adaptive night scene enhancement system design and implementation based on FPGA

Xin QIAO; Yi WAN

doi:10.37188/CJLCD.2021-0249

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Adaptive night scene enhancement system design and implementation based on FPGA

Image Processing | 更新时间：2022-06-14

- Adaptive night scene enhancement system design and implementation based on FPGA
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 4, Pages: 501-507(2022)
- 作者机构：
  
  1.兰州大学信息科学与工程学院，甘肃兰州 730000
  2.兰州大学信息科学与工程学院，信息与通信工程研究所，甘肃兰州 730000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Fundamental Research Funds for the Central Universities(lzuxxxy-2019-tm22)
- DOI：10.37188/CJLCD.2021-0249
  CLC： TP391.4;TH691.9
- Received：28 September 2021，
  
  Revised：07 December 2021，
  
  Published：05 April 2022
- 稿件说明：
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Xin QIAO, Yi WAN. Adaptive night scene enhancement system design and implementation based on FPGA[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(4): 501-507.
DOI：

Xin QIAO, Yi WAN. Adaptive night scene enhancement system design and implementation based on FPGA[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(4): 501-507. DOI： 10.37188/CJLCD.2021-0249.

摘要

为了在夜间环境下对相机拍摄画面进行图像增强，以FPGA结合模拟电路设计了一种自适应夜景增强系统。首先，模拟摄像头采集视频；接着，AD603芯片对采集到的模拟视频信号进行放大，TVP5150芯片对放大后的模拟视频信号进行解码，输出ITU-R BT.656格式数据；然后，FPGA进行有效数据提取、分辨率修改和视频插针等预处理；最后，使用自适应算法和D/A转换电路控制AD603芯片调节放大倍数，达到系统对周围环境的自适应调节，使每帧图像的平均灰度值稳定在所设阈值附近。采用硬件电路代替复杂的软件算法，在达到效果的同时，大幅度减少了FPGA资源消耗，并在ALINX AX545 FPGA平台上实现设计。实验结果表明：在分辨率640

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480，60帧/s的情况下，能够对夜间画面进行自适应的实时增强，最终将图像的平均灰度值稳定在所设阈值附近。该系统能够应用在目标检测和视频监控等领域。

Abstract

In order to enhance the image taken by the camera in night environment， an adaptive night scene enhancement system combined with analog circuit is designed. Firstly， the analog camera captures the video. Next， the AD603 chip amplifies the captured analog video signal decoded by the TVP5150 chip that outputs the data in the ITU-R BT.656 format. Then， the FPGA performs effective data extraction， resolution modification and preprocessing such as video pin. Finally， the adaptive algorithm and D/A conversion circuit control the AD603 chip to adjust the magnification to achieve the system’s adaptive adjustment to the surrounding environment， so that the average gray value of each frame of image is stabilized near the set threshold. The paper uses hardware circuits instead of complex software algorithms to achieve results， while it greatly reduces FPGA resource consumption and implements the design on the ALINX AX545 FPGA platform. The experimental results show that at the resolution of 640×480 and 60 frame/s， it can perform adaptive real-time enhancement of night images， and finally stabilize the average gray value of the image near the set threshold. The system can be applied in the fields of target detection and video surveillance.

关键词

Keywords

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