基于FPGA的自适应夜景增强系统设计与实现

乔鑫; 万毅

doi:10.37188/CJLCD.2021-0249

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基于FPGA的自适应夜景增强系统设计与实现

图像处理 | 更新时间：2022-06-14

- 基于FPGA的自适应夜景增强系统设计与实现
- Adaptive night scene enhancement system design and implementation based on FPGA
- 液晶与显示 2022年37卷第4期页码：501-507
- 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：
  
  [ "乔鑫（1996—），男，甘肃兰州人，硕士研究生，2019年于兰州城市学院获得学士学位，主要从事基于FPGA图像处理方面的研究。E-mail：qiaox19@lzu.edu.cn" ]
  [ "万毅（1970—），男，陕西西安人，博士，教授，2002年于美国莱斯大学获得博士学位，主要从事信号处理、无线通信、图像处理、嵌入式系统以及机器人技术等方面的研究。E-mail：wanyi@lzu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  中央高校基本研究基金(lzuxxxy-2019-tm22)
- DOI：10.37188/CJLCD.2021-0249
  中图分类号： TP391.4;TH691.9
- 收稿日期：2021-09-28，
  
  修回日期：2021-12-07，
  
  纸质出版日期：2022-04-05
- 稿件说明：
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乔鑫, 万毅. 基于FPGA的自适应夜景增强系统设计与实现[J]. 液晶与显示, 2022,37(4):501-507.

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.
乔鑫, 万毅. 基于FPGA的自适应夜景增强系统设计与实现[J]. 液晶与显示, 2022,37(4):501-507. DOI： 10.37188/CJLCD.2021-0249.

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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http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=29304550&type=

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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

references

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