基于FPGA的光纤图像实时处理方法

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的光纤图像实时处理方法,通过对光纤图像的实时处理，区分出屏幕中纤芯的位置区域，实施背景、包层、纤芯三者亮度值分析，针对当前的数据处于背景、包层还是纤芯区域，然后实施不同算法对图像处理，从而解决光纤包层图像质量不均匀、包层和背景过渡处有尖峰、背景显示中有水纹、杂散光汇聚成光斑等问题。本发明利用可编程的FPGA器件实现对光纤图像的实时处理，提高图像质量，提高图像判断和图像识别的准确率。

说明书

技术领域

本发明属于光纤图像显示领域，特别涉及一种基于FPGA的光纤图像实时处理方法。

背景技术

目前，在光纤图像显示领域的图像信号分为三个部分：纤芯、包层和背景（即光纤以外的图像部分），如图1所示。在光纤图像显示领域，通常采用对图像信号不加任何处理的直接显示方式，该显示方式会存在光纤包层图像质量不均匀、包层和背景过渡处有尖峰、背景显示中有水纹、杂散光汇聚成光斑等问题。图像质量不均匀、尖峰、水纹、光斑等问题，影响图像判断和图像识别的准确率。

发明内容

本发明所要解决的问题就是针对光纤图像信号进行实时采集，提出一种基于FPGA的光纤图像实时处理方法，区分出光纤的背景信号、包层信号、纤芯信号，并采用不同的算法对其进行处理，从而解决目前光纤图像显示中出现的诸多问题。 

本发明所采用的技术方案是：

一种基于FPGA的光纤图像实时处理方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）对屏幕中一帧图像信号中某一列的整列数据信号进行分析，计算出光纤包层的上边缘所对应的行数，然后再针对该包层中某一行像素信号进行分析，计算出光纤端面的列数，再通过对光纤特性的分析，计算出光纤纤芯的区域；

（2）通过大量实验获取光纤显示图像中背景、包层和纤芯的亮度信号值，确保该数据具有普遍性，通过对所述背景、包层和纤芯的亮度信号值的分析，将纤芯区域内亮度的最小值来代替光纤的背景亮度值，记为g；

（3）获取光纤显示图像中水纹和杂散形成的光斑区域的亮度值，作为判决的富裕度；

（4）根据不同的区域采用不同的判决标准对图像信号的数值进行修正，最终实现背景亮度的归一化处理、光纤包层和背景亮度的平滑过渡、包层亮度的归一化处理、纤芯的完美显示；

（5）通过FPGA对高速实时图像信号的处理，可判断出当前数据是否处于纤芯区域，如果处于纤芯区域，将当前数据直接送显示，用于保留纤芯的实际信息和背景判决的原始数据；如果处于非纤芯区域，并且当前数据大于某一固定值，则使用数值为g的亮度值来代替当前数据，然后将数据送液晶显示，用于消除包层和背景过渡处的尖峰以及水印、杂散光汇聚成光斑；如果当前数据小于某一固定值，则使用包层平均亮度值来代替当前数据，用于消除包层中图像亮度不均匀的问题；其余的数据采用直接送液晶显示，用于保证背景和包层亮度的平滑过渡，防止尖峰出现。

本发明的有益效果是：

本发明利用可编程的FPGA器件实现对光纤图像的实时处理，提高图像质量，提高图像判断和图像识别的准确率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是光纤图像显示画面。

图2是光纤原始图像中一列数据曲线图。

图3是光纤原始图像经处理后一列数据曲线图。

图4是光纤图像处理前后对比图。

图2中连续曲线为一列图像信号的曲线图，两个椭圆1标示区域代表光纤显示背景（右侧背景中有光斑），两个椭圆2标示处是包层和背景过渡处（有尖峰），两个椭圆3标示出来部分代表光纤包层（中间亮度不均匀），椭圆4标示出来的曲线部分代表光纤的纤芯区域。

具体实施方式

一种基于FPGA的光纤图像实时处理方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）对屏幕中一帧图像信号中某一列的整列数据信号进行分析，如图1中signal1的分析，计算出光纤包层的上边缘所对应的行数，然后再针对该包层中某一行像素信号进行分析，如图1中signal2的分析，计算出光纤端面的列数，再通过对光纤特性的分析，计算出光纤纤芯的区域，如图1中虚线所示；

（2）通过大量实验获取图2中光纤显示图像中背景、包层和纤芯的亮度信号值，确保该数据具有普遍性，通过对所述背景、包层和纤芯的亮度信号值的分析，将纤芯区域内亮度的最小值来代替光纤的背景亮度值，记为g；

（3）获取光纤显示图像中水纹和杂散形成的光斑区域的亮度值，作为判决的富裕度；

（4）根据不同的区域采用不同的判决标准对图像信号的数值进行修正，最终实现背景亮度的归一化处理、光纤包层和背景亮度的平滑过渡、包层亮度的归一化处理、纤芯的完美显示；

（5）通过FPGA对高速实时图像信号的处理，可判断出当前数据是否处于纤芯区域，如果处于纤芯区域，将当前数据直接送显示，用于保留纤芯的实际信息和背景判决的原始数据；如果处于非纤芯区域，并且当前数据大于某一固定值，则使用数值为g的亮度值来代替当前数据，然后将数据送液晶显示，用于消除包层和背景过渡处的尖峰以及水印、杂散光汇聚成光斑；如果当前数据小于某一固定值，则使用包层平均亮度值来代替当前数据，用于消除包层中图像亮度不均匀的问题；其余的数据采用直接送液晶显示，用于保证背景和包层亮度的平滑过渡，防止尖峰出现，处理后的图像如图3所示。