一種基于拜耳插值算法的圖像設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在信息化時(shí)代的今天，人們對(duì)于信息量的需求增大，而信息的復(fù)雜性也在增加。有時(shí)候需要傳遞的信息很難用文字描述，將信息用圖像記錄下來(lái)成為了大多數(shù)人更好的選擇。現(xiàn)在是屬于互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，各式各樣的圖像在微信，朋友圈，微博等互聯(lián)網(wǎng)工具上呈現(xiàn)，為了把人的真實(shí)意圖傳遞出來(lái)就必須讓發(fā)布的圖像接近于真像。因此各大手機(jī)、平板制造廠(chǎng)商都在不斷改良攝像頭一端的技術(shù)和設(shè)計(jì)。
　　現(xiàn)在的數(shù)字相機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家大多采用CCD或CMOS圖像傳感器，并在傳感器表面覆蓋上一

2、層彩色濾波陣列，簡(jiǎn)稱(chēng) C FA，其作用顧名思義，即濾波。經(jīng)過(guò)濾波后，每一幀圖像會(huì)有很多像素點(diǎn)，每個(gè)像素點(diǎn)只能獲得物理三基色（紅、綠、藍(lán)）的一種分量。這是一種不完整的圖像，為了獲得全彩色的圖像，必須依靠插值算法獲得一個(gè)像素點(diǎn)的另外兩種顏色分量。這個(gè)過(guò)程通常稱(chēng)為彩色插值，其中拜耳插值算法是應(yīng)用最為廣泛的一種插值算法。
　　在相機(jī)前端，CCD或CMOS圖像傳感器捕捉的圖像經(jīng)過(guò)濾波后，得到的是未經(jīng)加工的圖像，稱(chēng)為RAW格式圖像。這種格式的

3、圖像是相機(jī)拍攝到的圖像，它并未經(jīng)過(guò)處理，所以不會(huì)造成信息丟失。然而 RAW文件有許多缺點(diǎn)：RAW格式的圖像保留了圖片所有的信息，所以文件非常大，耗費(fèi)時(shí)間非常長(zhǎng)，需要的存儲(chǔ)空間也較大，這對(duì)于照片的存儲(chǔ)、傳輸造成了十分大的影響。此外，RAW格式的圖像需要用專(zhuān)用的軟件打開(kāi)，一旦計(jì)算機(jī)中沒(méi)有安裝這種軟件，將無(wú)法打開(kāi)圖像，帶來(lái)了諸多不便，且一旦計(jì)算機(jī)更新后無(wú)法安裝特定的軟件也無(wú)法打開(kāi)文件。用軟件打開(kāi)圖像的速度也比較慢。綜上所述，RAW格式的圖像文

4、件對(duì)普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)極其不便。
　　本文基于Bayer插值算法，將RAW格式圖像轉(zhuǎn)換成RGB格式圖像。RAW格式圖像每個(gè)像素點(diǎn)僅有一種基色，而RGB格式每個(gè)像素點(diǎn)均有三種基色。通過(guò)設(shè)計(jì)一種拜耳插值的算法，使得得到的RGB格式圖像更接近于真實(shí)圖像。為了提高每一幀圖片的質(zhì)量，改良原來(lái)算法中的設(shè)計(jì)，在計(jì)算每一個(gè)像素點(diǎn)的另外兩種顏色分量時(shí)用到該點(diǎn)周?chē)?x7方格內(nèi)像素點(diǎn)分量的值，使得計(jì)算的結(jié)果更加精確。為了提高每一幀的圖片的傳輸速度，本次設(shè)計(jì)在

5、計(jì)算顏色分量時(shí)采用了流水的設(shè)計(jì)方式。為了能夠滿(mǎn)足時(shí)鐘頻率，規(guī)定每一次計(jì)算時(shí)的加減法符號(hào)數(shù)目小于等于三個(gè)，對(duì)于計(jì)算時(shí)用到的乘除法，本次設(shè)計(jì)將乘除法的乘數(shù)或除數(shù)規(guī)定為常數(shù)，即將乘除法轉(zhuǎn)換成加減法，減少了計(jì)算時(shí)組合邏輯的復(fù)雜性，同時(shí)又能進(jìn)一步滿(mǎn)足更高時(shí)鐘頻率，且對(duì)圖像的失真影響不大。
　　本次設(shè)計(jì)是由Verilog HDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)，通過(guò)NCVerilog工具在24Mhz頻率下進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)比仿真時(shí)序圖與設(shè)計(jì)的時(shí)序圖，驗(yàn)證了模塊代碼時(shí)序