Аппаратная реализация сжатия динамического диапазона цифровых изображений на ПЛИС Xilinx

Abstract

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.

• обработка изображения
• билатеральный фильтр
• управляемый фильтр
• HDR-изображение
• сжатие HDR-изображения
• интегральное представление изображения
• оптимизация ресурсов
• image processing
• bilaterial filter
• guided filter
• HDR image
• HDR image compression
• integrated image representation
• resource optimization

For citation

References

1. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображения. М.: Техносфера, 2005.
2. He K., Sun J., Tang X. Guided Image Filtering // Proc. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2013. V.35. N.6. P. 1397-1409.
3. Tomasi C., Manduchi R. Bilateral filtering for gray and color images // Proc. IEEE International Conference on Computer Vision. 1998. P. 839-846.
4. Petschnigg G., Agrawala M., Hoppe H., Szeliski R., Cohen M., Toyama K. Digital Photography with Flash and No-Flash Image Pairs // ACM Transactions on Graphics. 2004. V.23. N.3. P. 664-672.
5. Wong W.C.K., Chung A.C.S., Yu S.C.H. Trilateral filtering for biomedical images // Proc. IEEE International Symposium on Biomedical Imaging. 2004. P. 820-823.
6. Liu C., Freeman W.T., Szeliski R., Kang S.B. Noise estimation from a single image // Proc. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2006, P. 901-908.
7. Durand F., Dorsey J. Fast bilateral filtering for the display of high-dynamic-range images // ACM Transactions on Graphics. 2002. V.4. N.3. P. 257-266.
8. Bae T.-W., Sohng K.-I. Small target detection using bilateral filter based on edge component // Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. 2010. V.31. P. 735-743.
9. Eisemann E., Durand F. Flash Photography Enhancement via Intrinsic Relighting // ACM Transactions on Graphics. 2004. V.23. N.3. P. 673-678.
10. Porikli F. Constant time O(1) bilateral filtering // Proc. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2008, P. 1-8.
11. Farbman Z., Fattal R., Lischinski D., Szeliski R. Edge-preserving decompositions for multi-scale tone and detail manipulation // ACM Transactions on Graphics. 2008. V.27. N.3. P. 67.
12. Bae S., Paris S., Durand F. Two-scale tone management for photographic look // ACM Transactions on Graphics. 2006. V.25. N.3. P. 637-645.
13. Крапчатова Т.В., Филиппов М.В. Анализ эффективности алгоритмов билатеральной фильтрации // Электронный журнал: Наука и образование. 2012. N.02. URL: https://docplayer.ru/48104858-Analiz-effektivnosti-algoritmov-bilateralnoy-filtracii-340957.html
14. Weiss B. Fast median and bilateral filtering // ACM Transactions on Graphics, 2006, V.25. N.3. P. 519-526.
15. Yang Q., Tan K.-H., Ahuja N. Real-time O(1) bilateral filtering // Proc. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2009, P. 557-564.
16. Fleishman S., Drori I., Cohen-Or D. Bilateral mesh denoising// ACM Transactions on Graphics. 2003. V.22. N.3. P. 943-949.
17. Jones T.R., Durand F., Desbrun M. Non-iterative, feature-preserving mesh smoothing// ACM Transactions on Graphics. 2003. V.22. N.3. P. 950-953.
18. Oh B.M., Chen M., Dorsey J., Durand F. Image-bases modeling and photo editing// Proc. ACM SIGGRAPH. 2001. P. 433-442.