УДК 004.932.4

Аппаратная реализация сжатия динамического диапазона цифровых изображений на ПЛИС Xilinx

 

 Д. А. Гаврилов ¹, А. В. Павлов ²,  Д. Н. Щелкунов ¹

 ¹ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)", 141700, Долгопрудный, Институтский переулок, дом 9

² ОАО «Институт точной механики и вычислительной техники имени С.А. Лебедева РАН», 119991, Москва, Ленинский проспект, 51

 

Статья поступила в редакцию 28 сентября 2018 г.

 

Аннотация. Постановка задачи: технологии компьютерного зрения находят широкое применение во многих областях науки и промышленности. Задачами систем технического зрения являются получение, передача, воспроизведения и обработка визуальной информации без потери информативности Алгоритмы и фильтры, используемы для предобработки, имеют целью подавление шумов, извлечение, а также сохранение информации необходимой для дальнейшей обработки. Цель работы: разработка модуля обработки цифровых изображений с аппаратной реализацией на программной логике на кристалле XC7Z020-2CLG400I семейства ZYNQ-7000 от Xilinx, позволяющей осуществлять сжатие HDR-изображения без потери детализации изображения и с высокой скоростью обработки. Результаты: описана аппаратная реализация алгоритма сжатия цифровых изображений. Выполнен анализ анизотропных сглаживающих фильтров для обработки изображений, рассмотрены недостатки и преимущества билатерального и управляемого фильтров, на основе чего осуществлен выбор фильтра для задач шумоподавления и сжатия динамического диапазона. Представлен алгоритм выбранного управляемого фильтра. Выполнена аппаратная реализация выбранного фильтра. Авторами проведена эффективная оптимизация аппаратной реализации управляемого фильтра. Практическая значимость: разработанное IP ядро использовано в модулях шумоподавления и сжатия динамического диапазона HDR-изображения без потери детализации изображения телевизионной и тепловизионной камер.

Ключевые слова: обработка изображения, билатеральный фильтр, управляемый фильтр, HDR-изображение, сжатие HDR-изображения, интегральное представление изображения, оптимизация ресурсов.

Abstract. Introduction: technologies of computer vision are widely used in many fields of science and industry. The tasks of vision systems are the acquisition, transmission, reproduction and processing of visual information without loss of information. Algorithms and filters used for preprocessing are designed to suppress noise, retrieve, and store information necessary for further processing. Purpose: the development of a digital image processing module with hardware implementation on the Xillerx XC7Z020-2CLG400I crystal XC7Z020-2CLG400I chip Xilinx, which allows the HDR image to be compressed without loss of image detail and high processing speed. Results: In the presented work, the image processing system based on computer vision technology was developed. The analysis of filters for image processing is carried out, drawbacks and advantages  of the bilateral and guided filters are considered, on the basis of which the filter is selected. The algorithm of the selected controlled filter is presented. The hardware implementation of the selected filter on the programmable logic is performed. The authors conducted an effective method for optimizing the guided filter using the integrated image representation and reducing its bit depth, which allowed to increase the efficiency of the filter and to compress the HDR image without loss of quality and with high processing speed. Practical relevance: The developed algorithm provides noise suppression and storage of information necessary for further processing.

Keywords: image processing, bilaterial filter, guided filter, HDR image, HDR image compression, integrated image representation, resource optimization.

 

Для цитирования:

Д. А. Гаврилов, А. В. Павлов,  Д. Н. Щелкунов. Аппаратная реализация сжатия динамического диапазона цифровых изображений на ПЛИС Xilinx. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 10. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/oct18/6/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2018.10.6