基于雷达图像采集卡的彩色图像的增强与压缩

摘要

雷达图像采集处理卡是船载航行数据记录仪(VDR)专用的雷达接口，用于记录船舶雷达主显示器上出现的全部信息。在雷达图像采集卡的图像处理过程中，图像的获取、图像的传输、图像的接收等各个环节都会产生干扰，使图像质量下降。如何对这些降质图像进行处理以满足实际需要，是图像处理的基本要求。图像增强是图像处理的主要内容之一，是图像处理系统中预处理部分的重要环节，直接影响到图像的高级处理。同时，彩色图像的存储需要大量的存储空间，但是船舶“黑匣子”的存储空间有限，为了存储长时间的图像数据，必须对图像信息进行数据压缩编码。 本课题的主要内容是在已有的雷达图像采集卡的基础上，实现对彩色图像的增强和压缩。 本文在分析、总结现有图像增强技术的基础上，选择了一种适合对彩色图像进行预处理(增强边缘、去除噪声)的算子：高斯一拉普拉斯算子，并在FPGA中用Verilog语言实现了该算子。 随着DSP技术的发展，在DSP上用软件实现实时视频压缩成为数字视频压缩标准应用的亮点，这种应用比起专门的压缩芯片更具有灵活性和升级潜力。关于图像压缩，国际上有好几个标准，鉴于JPEG标准的低复杂度和较低的图像质量损失，在压缩环节上采用JPEG标准。JPEG压缩编码算法用C语言编制，编制完后再用DM642提供的C语言编译器将其转化为DSP的汇编语言。压缩算法包括离散余弦变换、量化、miffman编码等几个步骤。为了进一步发挥DSP优势，对其中的影响速度的代码段进行了优化：a)优化编译选项的采用；b)使用库函数；c)循环展开；d)使用逻辑运算代替乘除运算；e)存储空间的考虑；f)使用far关键字；g)在DSP/B10S下进行优化。通过这些优化方法，使代码执行速度有了很大的提高，压缩一帧图像(分辨率为1024×768)大约需要0.83s的时间。 验证结果表明：在用高斯-拉普拉斯算子对VGA输入的彩色图像进行增强预处理时，可达到输入60帧/秒，输出60帧/秒，且图像达到了预期的处理效果；在用JPEG压缩编码算法压缩图像时，对于不同的图像质量参数Q，压缩倍数主要集中在10～30之间，在压缩时间和压缩率上基本满足雷达图像采集卡的要求。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1课题的研究背景和意义

1.2课题研究的国内外现状

1.2.1图像增强的研究现状

1.2.2图像压缩的研究现状

1.3课题研究的主要内容及结构安排

第二章雷达图像采集卡的系统结构

2.1雷达图像采集卡的系统结构

2.2系统使用的芯片简介

2.3系统工作流程

第三章彩色图像增强技术的原理及算法研究

3.1彩色模型

3.2全彩色图像处理基础

3.2.1概述

3.2.2彩色图像增强

3.3彩色图像的空间滤波

3.3.1彩色图像的平滑

3.3.2彩色图像的锐化

3.4高斯—拉普拉斯算子

第四章彩色图像增强的FPGA设计

4.1 FPGA及其开发

4.2彩色图像增强的FPGA设计

4.2.1图像增强处理模块的整体设计

4.2.2控制模块和行缓冲

4.2.3通道分离模块

4.2.4 LOG算子

4.2.5通道合成模块

4.3图像增强在雷达图像采集卡中的效果验证

第五章JPEG压缩编码算法

5.1 JPEG压缩编码算法总体介绍

5.2色彩转换和采样

5.3离散余弦变换

5.3.1离散余弦变换

5.3.2快速DCT变换

5.4量化

5.4.1量化与量化阶距的选择

5.4.2 DCT系数的ZigZag排列及量化表

5.5量化系数的编码

5.5.1 DC系数编码

5.5.2 AC系数编码

5.6 JPEG文件的标记码

第六章JPEG编码算法在DSP中的实现

6.1 TMS320DM642 DSP处理器

6.2 JPEG编码算法的实现

6.2.1系统流程

6.2.2系统初始化

6.2.3分辨率预置

6.2.4 JPEG压缩初始化

6.2.5写JPEG标记段

6.2.6读入原始图像数据

6.2.7压缩编码过程

6.3 DSP程序的优化

6.3.1 DSP程序的软件优化

6.3.2利用配置工具对DSP/BIOS进行优化

6.3.3优化结果

6.4图像压缩测试结果与分析

6.4.1压缩时间

6.4.2压缩率

第七章结论

致谢

参考文献

在学研究成果