[发明专利]一种图像嵌入式处理系统及低照度图像光点获取与定位方法

摘要

本发明属于精密计量仪器技术领域，具体涉及一种图像嵌入式处理系统及低照度图像光点获取与定位方法。本发明基于CMOS或CCD成像器件获取低照度图像，构建以FPGA、DSP及DDR3为主芯片的嵌入式图像处理系统。在算法上，应用形态学滤波算子和中值滤波算子相结合滤波算法，实现对图像进行滤波；同时，设计针对低照度图像特点的全局图像动态范围调节器及局部特征对比度的增强器。在光点检测与定位方法上，先对图像进行划分，利用区域投影算法，对光点进行快速检测及初步定位，再锁定的检测区域进行灰度拟合处理，计算出目标的亚像素级位置坐标。本发明具有实时性强、准确性高等特点，适合低照度成像器件图像目标检测与定位。

主权项

一种应用于低照度图像光点获取与定位的图像嵌入式处理系统，其特征在于：该系统包括FPGA、两个图像数据处理器（DSP）及动态存储器堆（DDR3）；其中：所述的FPGA为系统的核心控制部件，控制图像数据的采集、存储及处理；FPGA包括两个双向缓存器、一个共享仲裁控制逻辑、一个RAM控制逻辑；两个双向缓冲器用于对输入、输出数据的缓存，以实现输入、输出时序的匹配；共享仲裁控制逻辑用于控制图像数据处理器对动态存储器堆的访问及对图像数据的处理；RAM控制逻辑用于产生对动态存储器堆访问的时序控制信号，配合两图像数据处理器对动态存储器堆进行访问；所述的两个图像数据处理器（DSP）中，第一图像数据处理器（DSP1#）和第二图像数据处理器（DSP2#）采用流水线并行处理方式，首先由第一图像数据处理器（DSP1#）获取图像数据进行形态学滤波，处理结束后，将处理好的图像数据传入第二图像数据处理器（DSP2#），由第二图像数据处理器（DSP2#）对图像进行中值滤波；同时，第一图像数据处理器（DSP1#）对图像进行直方图分析和参数估计，以获取图像动态范围调节参数；第二当图像数据处理器（DSP2#）完成中值滤波后，将处理好的图像数据回传给第一图像数据处理器（DSP1#），由其对图像进行动态范围调节；同时，第二图像数据处理器（DSP2#）对图像进行窗口方差计算，获取图像局部特征增强参数；第一图像数据处理器（DSP1#）完成动态范围增强后再次将图像数据回传给第二图像数据处理器（DSP2#），由第二图像数据处理器（DSP2#）完成图像局部特征增强；最后由第二图像数据处理器（DSP2#）进行光点定位；所述的图像嵌入式处理系统，采用动态存储器堆结构，先将由CMOS或CCD成像器件采集的图像数据存入FPGA的缓存器，再存入动态存储器堆，然后由FPGA的共享仲裁控制逻辑单元对动态存储器堆进行访问控制，实现FPGA与图像数据处理器（DSP）及图像数据处理器（DSP）之间的数据流向与操作控制；RAM控制逻辑主要产生片选DDR的信号，配合两处理器对存储堆进行访问；所述的图像嵌入式处理系统，对低照度图像的滤波进行滤波处理前，先由FPGA将RBG颜色系统转为YUV系统，以获图像的灰度值的Y分量，并用3×3结构元素窗口构成形态学滤波算子，对图像进行开运算滤波，再进行中值滤波算子滤波； 所述的图像嵌入式处理系统，对低照度图像的增强处理，是基于图像直方图分析及局部窗口统计方差分析后，构建由动态范围调节器及局部对比度特征的增强器组成的图像变换函数，实现对图像整体效果的动态范围调整和局部图像的对比度调整； 所述的图像嵌入式处理系统，图像分区是以光点几何尺寸，决定其分区图像的大小，以减小灰度的累积误差；并采用重叠分区方法，确保光点在一个完整的区域内，并根据行和列投影曲线的峰值和灰度分布特征锁定光点位置区域和像素级精度的初定位；所述的图像嵌入式处理系统，光点定位方法分两步进行，先采用区域灰度投影实现光点的初步定位，再采用灰度拟合的方法，计算出光点位置的亚像素坐标，实现精确定位。