基于HLS的色彩插值算法硬件设计与实现

潘晓英; 李晨晨; 王昊; 薛玉锋

doi:10.3788/YJYXS20203506.0595

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基于HLS的色彩插值算法硬件设计与实现

图像处理 | 更新时间：2020-07-13

- 基于HLS的色彩插值算法硬件设计与实现
- Hardware acceleration design and implementation of color interpolation algorithm based on HLS
- 液晶与显示 2020年35卷第6期页码：595-603
- 作者机构：
  
  1.西安邮电大学计算机学院, 陕西西安 710121
  2.厦门优莱柏网络科技有限公司, 福建厦门 361008
- 作者简介：
  
  [ "潘晓英(1981-), 女, 浙江丽水人, 教授, 硕士生导师, 2009年于西安电子科技大学获得博士学位, 主要研究方向为人工智能、视觉信息处理等。E-mail:panxiaoying@xupt.edu.cn" ]
  [ "李晨晨(1995-), 男, 陕西礼泉人, 硕士研究生, 2017年于西安科技大学获得学士学位, 主要研究方向为嵌入式图像处理与模式识别。E-mail:lichen6435@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61772417);陕西省教育厅专项科研计划项目(17JK0687);西安市科技创新引导项目(201805040YD18CG24(7))
- DOI：10.3788/YJYXS20203506.0595
  中图分类号： TP391.41
- 收稿日期：2019-11-10，
  
  修回日期：2020-03-01，
  
  录用日期：2020-3-1，
  
  纸质出版日期：2020-06-05
- 稿件说明：
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潘晓英, 李晨晨, 王昊, 等. 基于HLS的色彩插值算法硬件设计与实现[J]. 液晶与显示, 2020,35(6):595-603.

Xiao-ying PAN, Chen-chen LI, Hao WANG, et al. Hardware acceleration design and implementation of color interpolation algorithm based on HLS[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2020, 35(6): 595-603.
潘晓英, 李晨晨, 王昊, 等. 基于HLS的色彩插值算法硬件设计与实现[J]. 液晶与显示, 2020,35(6):595-603. DOI： 10.3788/YJYXS20203506.0595.

Xiao-ying PAN, Chen-chen LI, Hao WANG, et al. Hardware acceleration design and implementation of color interpolation algorithm based on HLS[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2020, 35(6): 595-603. DOI： 10.3788/YJYXS20203506.0595.

摘要

为了快速、高效地在FPGA平台上实现色彩插值算法并得到高质量的彩色图像，使用Xilinx高层次综合工具HLS设计并实现一种改进的色彩插值算法。该算法融合双线性插值算法和一阶微分边缘导向插值算法完成图像色彩插值，对以

分量与

分量为中心像素点的像素使用一阶微分边缘导向插值算法插值计算缺失的颜色分量，对以

分量为中心像素点的像素使用双线性插值算法插值计算缺失的颜色分量。该算法充分考虑图像边缘插值效果与FPGA硬件资源占用量，可对Bayer格式图像进行还原，恢复全彩色图像。本文使用HLS开发，与传统FPGA开发相比缩短了开发周期，提高了开发效率。在Kodak数据集上的测试结果表明，改进的色彩插值算法的彩色峰值信噪比(CPSNR)相较于常规算法高4~6 dB，且减少了图像锯齿现象和边缘模糊等问题，本文算法占用FPGA资源较少，可实现实时的图像色彩插值。

Abstract

To quickly and efficiently implement a color interpolation algorithm on the FPGA platform and get a high-quality color image

an improved color interpolation algorithm is designed and implemented using Xilinx high-level synthesis tool HLS. The algorithm combines the bilinear interpolation algorithm and first-order differential edge oriented interpolation algorithm to complete image color interpolation. The first-order differential edge oriented interpolation algorithm is used to calculate the missing color components for the pixels with

component and

component as the center pixel points

and the bilinear interpolation algorithm is used to calculate the missing color components for the pixels with

component as the center pixel points. The algorithm fully considers image edge interpolation and FPGA hardware resources

which can restore a Bayer format image and restore full-color image. Compared with the traditional FPGA development

this paper uses HLS to shorten the development cycle and improve development efficiency. The experimental results on the Kodak dataset show that the color peak signal-to-noise ratio (CPSNR) of the improved color interpolation algorithm is 4~6 dB higher than that of the conventional algorithm

and the image aliasing and edge blur are reduced. This algorithm takes up less FPGA resources and can realize real-time image color interpolation.

关键词

Keywords

references

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